Ionenimplantation & Dotierung — Präzisionsdotierung | GINECHIP

B · P · As · Sb · InDotierstoffe

5 keV – 3 MeVEnergiebereich

1×10¹¹ – 1×10¹⁶Dosisbereich (cm⁻²)

< 1% 1σDosisgleichmäßigkeit

Übersicht

Ionenimplantation — präzise Kontrolle von Konzentration, Tiefe und Verteilung. Energien 5 keV – 3 MeV.

Vollständiger Zyklus: Vorbereitung, Implantation, Ausheilung, Charakterisierung. Wafer 100–200mm.

Dotierstoffe & Fähigkeiten

Bor — P-Typ Dotierstoff

Bor — primärer p-Typ Dotierstoff. B⁺ oder BF₂⁺. Tiefe 20nm–1,5μm.

Ion: B⁺ (atomic), BF₂⁺ (molecular)Dose range: 5×10¹¹ – 1×10¹⁶ cm⁻²Energy range: 5 keV – 500 keVTypical Rp: 20nm – 1.5μm (in Si)Activation: 900–1100°C RTAElectrical activation: > 90% typical

Phosphor — N-Typ Dotierstoff

Phosphor — primärer n-Typ Dotierstoff. P⁺ oder P²⁺. Tiefe 15nm–3μm.

Ion: P⁺, P²⁺ (doubly charged)Dose range: 1×10¹¹ – 5×10¹⁶ cm⁻²Energy range: 10 keV – 3 MeVTypical Rp: 15nm – 3.0μm (in Si)Activation: 950–1050°C RTAActivation efficiency: > 95%

Arsen — schwerer N-Typ Dotierstoff

Arsen — schwerer n-Dotierstoff für flache Übergänge. As⁺. < 20nm.

Ion: As⁺ (atomic)Dose range: 1×10¹³ – 1×10¹⁶ cm⁻²Energy range: 10 keV – 200 keVTypical Rp: 10nm – 100nm (in Si)Activation: 1000–1100°C RTA (spike)Peak concentration: > 1×10²¹ cm⁻³

Antimon & Indium — Dotierstoffe mit niedriger Diffusion

Antimon (Sb⁺) — n-Typ, niedrige Diffusion. Indium (In⁺) — p-Typ, niedrige Diffusion.

Ion: Sb⁺ (n-type), In⁺ (p-type)Dose range: 1×10¹¹ – 1×10¹⁵ cm⁻²Energy range: 20 keV – 500 keVDiffusivity: ~10× lower than B/PUse: retrograde wells, buried layersActivation: 1000–1100°C RTA

Implantationsparameter-Kontrolle

Parameter	Range / Specification	Control Mechanism
Implant Angle (Tilt)	0° – 10° (typically 7° to suppress channeling)	Electrostatic beam steering ±0.1°
Wafer Twist	0° – 360° (typically 22°–45° with 7° tilt)	Mechanical platen rotation ±0.5°
Beam Current	10 μA – 10 mA (species and energy dependent)	Faraday cup feedback ±1%
Dose Uniformity	< 1% 1σ across 200mm wafer	Dual mechanical scan (slow horizontal, fast vertical)
Wafer Temperature	Ambient – 500°C (heated implant option)	Platen temperature control, IR pyrometer
Charge Neutralization	Low-energy electron flood gun for insulating substrates	Plasma bridge or electron shower, < 10V surface potential
Channeling Suppression	Screen oxide (10–50nm SiO₂) + 7° tilt	Amorphized surface layer via pre-amorphization implant (PAI)
Vacuum	< 5×10⁻⁷ Torr (end station)	Cryopump + turbomolecular pump stack

Alle Parameter sind pro Implantationsschritt unabhängig programmierbar.

Ausheilung nach Implantation

Schnelle thermische Ausheilung (RTA)

RTA zur Dotierstoffaktivierung. 900–1100°C. Spike < 1s oder Haltezeit 10–120s.

Peak temp: 900–1100°CRamp: 50–150°C/sDwell: 1s (spike) – 120sAmbient: N₂, Ar, or forming gasWafer size: up to 200mmUniformity: ±2°C across wafer

Ofenausheilung

Ofenausheilung: 700–1100°C, 10 min – 4 h, Charge 25–50 Wafer.

Temp: 700–1100°CDuration: 10 min – 4 hoursAmbient: N₂, O₂, or wet oxidationBatch: 25–50 wafers/runUniformity: ±1°C across boatPost-anneal oxidation available

Verifizierung der Dotierstoffaktivierung

Verifizierung: 4-Punkt-Sonde, SIMS, Hall-Effekt, SRP.

Sheet resistance: 4-point probeSIMS: detection limit 1×10¹⁴ cm⁻³Spreading resistance: 5nm depth res.Hall: mobility & carrier concentration49-point Rs uniformity mapXj definition to 1×10¹⁷ cm⁻³

Prozessablauf

Wafer-Vorbereitung

RCA-Reinigung, Sieboxid (10–50nm), Inspektion.

Ionenimplantation

Ionenauswahl, Energie/Dosis, 7° Neigung, Doppelscan.

Reinigung nach Implantation

Fotolackentfernung, RCA-Reinigung, Oxidentfernung (optional).

Ausheilung nach Implantation

RTA (900–1100°C, < 1s) oder Ofenausheilung (700–1100°C, 10 min–4 h).

Elektrische Charakterisierung

4-Punkt-Sonde (49 Punkte), SIMS/SRP, Hall-Effekt.

Endkontrolle & Versand

Optische Inspektion, Zertifikat, Verpackung.

Channeling-Unterdrückung

Channeling-Unterdrückung: 7° Neigung, Sieboxid, PAI (Si⁺/Ge⁺).

Für ultraflache Übergänge: PAI + Sieboxid + Neigung + Niedertemperatur-Ausheilung.

Anwendungen

CMOS Wannen- & Kanal-Engineering

CMOS-Wannen: retrograd, Vth-Anpassung, Halo.

Leistungsbauelement-Dotierung

Leistungsbauelement-Dotierung: tiefe Übergänge, Feldringe, Emitter.

Bildsensoren & Fotodetektoren

Fotodioden: Profile für Quanteneffizienz. Lawinenfotodioden.

Strahlungsfest & Forschung

Kundenspezifische Profile für strahlungsfeste Elektronik und Detektoren.

Implantationsschäden & Erholung

Jeder Ionenaufprall verschiebt Si-Atome und erzeugt Defektkaskaden. Bei hohen Dosen — Amorphisierung.

Ausheilung stellt Schäden wieder her durch SPER bei 550–600°C. EOR-Defekte benötigen 900–1000°C.

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Dotierstoffe B, P, As, Sb, In RTA & Ofenausheilung Schichtwiderstands-Mapping ISO 9001 zertifiziert