1.1 Die Ionen-Implantation

Die Ionen-Implantation ist ein Dotierverfahren. Dabei werden mittels einer geeigneten Vorrichtung geladene Teilchen (Ionen) auf eine hohe Geschwindigkeit gebracht und auf einen Körper (Target) geschossen. Die Ionen dringen in das Target ein, und es kommt dort zu Zusammenstößen mit den Atomen des Körpers. Das Studium dieser Kollisionen ist daher eine Grundvoraussetzung für die Simulation der Ionen-Implantation. Die Wechselwirkung des Ions mit den Targetatomen wird als Streu- beziehungsweise Abbremsungsprozeß bezeichnet. Aufgrund des Energieverlustes bei der Interaktion des implantierten Teilchens mit den Targetatomen wird das Ion immer mehr abgebremst, bis es schließlich in einer der oberen Schichten zum Stillstand kommt.

Die Ionen-Implantation ist eines der wichtigsten Verfahren der Einbringung von Störatomen in den Kristall, und zwar insbesondere aus folgenden Gründen:

• Die wesentlichen Parameter - das sind die Implantationsenenergie und die Dosis, das ist die Menge der Dotierungsatome je Einheitsquerschnitt - können elektrisch und daher sehr genau gemessen werden [Tak83], [Pos86], [Rys86a]. Das ermöglicht eine spätere exakte Reproduktion der Prozeßparameter, wodurch später wieder die gleichen Ergebnisse erzielt werden können.
• Die Ionen-Implantation gehört zu den Niedertemperaturprozessen; daher werden aus vorhergehenden Prozeßschritten stammende Dotierungsprofile praktisch nicht beeinflußt [Wim93]. Dies ist ein großer Vorteil etwa gegenüber der Einbringung von Störatomen mit Hilfe der Deposition und anschließender Diffusion.

Darüber hinaus ergeben sich immer wieder neue Anwendungen, für die die Ionen-Implantation optimal gegeignet ist. So können zum Beispiel sehr flache Profile durch das gezielte Ausschlagen von Atomen aus einer dünnen Deckschicht durch die implantierten Ionen erzeugt werden (knock-in Implantation nach [Orl91] oder [Wim91a]).

Die implantierten Ionen bleiben im allgemeinen allerdings auf Zwischengitterplätzen stehen, das heißt, sie werden nicht richtig in den Kristall eingebunden. Solche Teilchen tragen aber später nicht zur elektrischen Leitung bei. Um die eingebrachten Störstellen elektrisch zu aktivieren, ist daher eine thermische Nachbehandlung notwendig. Außerdem wird während der Implantation der Kristall teilweise zerstört, weil Atome aus dem Kristall ausgeschlagen werden [Kin55], [Sig69], [Gib72]. Auch für die Beseitigung dieser Gitterschäden ist eine nachfolgende Temperaturbehandlung notwendig. Es wird versucht, dieses sogenannte Ausheilen so kurz wie möglich zu halten, damit die dabei auftretende unerwünschte Diffusion minimiert wird. Dies kann etwa durch ,,Rapid Thermal Annealing`` (RTA) erreicht werden, wo der Halbleiter für kurze Zeit sehr hoch erhitzt wird [Hei90].