Contact

Dr. Roman Böttger
Head Ion Implantation
Ion Technology
r.boettger@hzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2873

Ionenimplantation und Ionenstrahlsynthese

Bei der konventionellen Ionenimplantation mit niedrigen und mittleren Fluenzen (< 1016 cm-2), z. B. in der Mikroelektronik, liegt die Konzentration der implantierten Dotieratome üblicherweise unter deren Löslichkeitsgrenze im Silizium. Bei entsprechenden Ausheiltemperaturen ordnen sich die Dotieratome auf Gitterplätzen und nur ein geringer Teil verbleibt als gelöste Zwischengitteratome.

Bei der Ionenstrahlsynthese (Ion Beam Synthesis – IBS) werden Ionen mit hoher Fluenz (> 1016 cm-2) in die Festkörperoberfläche eingeschossen. Hier kollidieren sie mit den Festkörperatomen und werden abgebremst. Die deponierten Atome können schnell die Löslichkeitsgrenze des Festkörpers überschreiten, so dass hier zuerst eine übersättigte feste Lösung entsteht. Bei gut beweglichen Fremdatomen (wie bei Gold-Atomen in Silizium-Dioxid - SiO2) kann es schon während der Ionenimplantation zur Phasenseparation, d.h. zu einem Abbau der Übersättigung mittels Keimbildung und Keimwachstum und anschließendes Ostwald-Reifen kommen (siehe Abb.). Bei weniger beweglichen Fremdatomen setzen diese Vorgänge in der Regel erst bei einer späteren Temperung ein. Für hohe Implantationsdosen findet man eine hohe Dichte relativ großer Ausscheidungen (Nanocluster), die sich dann berühren und miteinander verschmelzen können (Koaleszenz). Die Ionenfluenz kann so hoch gewählt werden, dass die Nanocluster miteinander verschmelzen und sich unter Einfluss der Grenzflächenspannung eine glatte, vergrabene Schicht bildet.genschaft der Ladungsspeicherung in NC von besonderem Interesse. Aus diesem Grunde sind die Entwicklungsarbeiten auf die Anwendung in euartigen Halbleiterbauelementen, z.B. in nichtflüchtigen Si- und Ge-NC Speicherschaltkreisen ausgerichtet.

Beispiel:

Phasenseparation von Si in einer 10 nm dicken SiO2-Schicht, implantiert mit 1 keV Si+ ions

Das Bild zeigt die Schicht der Phasenseparation von Si in einer 10 nm dicken SiO2-Schicht, in die 1 keV Si+ Ionen implantiert wurden. Der Vergleich der Querschnitts-Elektronenmikroskopie-Bilder (XTEM) in
(a) für 1x1016 Si+ cm-2 und
(c) für 2x1016 Si+ cm-2 mit den Querschnittsbildern aus kinetischen, dreidimensionalen Gitter-Monte Carlo (KLMC)-Simulationen für
(b) 3x1015 Si+ cm-2 und
(d) 8x1015 Si+ cm-2 zeigt eine sehr gute Übereinstimmung zwischen Experiment und Theorie (T. Müller et al., Appl. Phys. Lett. 85 2373 (2004)).


Contact

Dr. Roman Böttger
Head Ion Implantation
Ion Technology
r.boettger@hzdr.de
Phone: +49 351 260 - 2873