Neues Verfahren zur Massenproduktion von Leistungsschaltern

Eine Machbarkeitsstudie von Bochumer und Kasseler Physikern am Dynamitron-Tandem-Laboratorium der RUB hat gezeigt, dass Leistungschips mit Hilfe der hier entwickelten Ionenprojektion schneller, kostengünstiger und umweltfreundlicher hergestellt werden können als bisher. Die Studie ist in der aktuellen Ausgabe des Journal of Vacuum Science and Technology veröffentlicht.

Wenn in Computernetzteilen oder Energiesparlampen große Ströme mit hohen Frequenzen geschaltet werden müssen, kommen sog. Leistungsbauelemente zum Einsatz: Besonders leistungsfähige Siliziumchips. Bisher werden sie in vielen Einzelschritten mit umweltschädlichen Chemikalien durch chemische Dampfabscheidung hergestellt. Dass es auch besser geht, zeigt eine Machbarkeitsstudie, die Physiker aus Bochum (Dr. Jan Meijer, Institut für Physik mit Ionenstrahlen) und Kassel (Dr. Ivo Rangelow, Institut für Mikrostrukturtechnologie und Analytik) zusammen mit der Infineon AG durchgeführt haben: Schneller, einfacher und kostengünstiger lassen sich die Chips mit Hilfe eines projizierten Ionenstrahls produzieren. Die Studie ist in der aktuellen Ausgabe des Journal of Vacuum Science and Technology veröffentlicht.

Ionen wie Dias projizieren

Der Trick, den die Physiker für die industrielle Chip-Herstellung testeten, ist die Ionenprojektion, die am Dynamitron-Tandem-Laboratorium (DTL) der Ruhr-Universität entwickelt wurde. Dabei werden Bor-Ionen, die später die leitenden Teile des Chips formen, wie aus einem Diaprojektor auf einen Siliziumträger (Wafer) projiziert. Als Linsen dienen Magnetfelder, die 200.000-mal so stark sind wie das der Erde. Damit die Ionen exakt in der gewünschten Formation auf den Träger treffen und genau richtig tief in das Silizium eindringen, schicken die Physiker sie durch eine Lochmaske, die wie eine Schablone wirkt. Da die Ionen mit bis zu 70 Millionen Stundenkilometern durch das Vakuum des Beschleunigers sausen, muss die Lochmaske besonders widerstandsfähig sein. Sie besteht aus Silizium, das nach einem eigens entwickelten, inzwischen patentierten Verfahren hergestellt und beschichtet wurde.

Umweltfreundlich, schnell und preiswert

„Mit der neuen Methode können Leistungsschalter in einem einzigen Schritt und viel umweltfreundlicher hergestellt werden“, fasst Dr. Jan Meijer zusammen. Er schätzt, dass man auf diese Weise pro Stunde drei Wafer mit 30 Zentimetern Durchmesser und Tausenden einzelner Chips „belichten“ kann.

DTL steht Forschung und Industrie zur Verfügung

Der Teilchenbeschleuniger der RUB ist bereits seit einigen Jahren in die Produktion von Leistungsbauelementen eingebunden. Er steht allen Herstellerfirmen zur Verfügung, die an der RUB entwickelte Technologien kommerziell einsetzen wollen.

Titelaufnahme

High-energy ion projection for deep ion implantation as a low cost high throughput alternative for subsequent epitaxy processes. In: Journal of Vacuum Science and Technology, Band 22 Nr. 1, Januar/Februar 2004, S.152-157

Weitere Informationen

Dr. Jan Meijer, Institut für Physik mit Ionenstrahlen, Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum, 44780 Bochum, NB 3/166, Tel. 0234/32-27310, Fax. 0234/32-14745, E-Mail: meijer@ep3.rub.de