DE102008028136A1

DE102008028136A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten

Info

Publication number: DE102008028136A1
Application number: DE200810028136
Authority: DE
Inventors: Andreas Tikovsky
Original assignee: INTEGA GmbH
Current assignee: INTEGA GmbH
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-17
Also published as: WO2009150226A2; WO2009150226A3

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) zum Behandeln eines Halbleitersubstrates, wobei ein Ionenstrahl (4) aus einem Dotiergas erzeugbar und auf das Halbleitersubstrat (2) lenkbar ist, wobei das Dotiergas durch einen Dotiergasschlauch (6) aus einem ersten Kunststoff von einem adsorberfreien Gasbehälter (14) einem Mittel (3) zum Erzeugen eines Ionenstrahls zuführbar ist, wobei der Dotiergasschlauch (6) von einem Pufferschlauch (7) umgeben ist, der aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der folgenden Maßnahmen verwirklicht ist: a) der Permeationskoeffizient des zweiten Kunststoffs für Wasser ist kleiner als der Permeationskoeffizient des ersten Kunststoffs für Wasser; b) der Pufferschlauch (6) ist von einem Schildschlauch (24) aus einem dritten Kunststoff umgeben; c) auf zumindest einer der folgenden Oberflächen des Pufferschlauches: i) der Innenfläche und ii) der Außenfläche ist eine Beschichtung (25, 26) ausgebildet; und d) der Dotiergasschlauch (6) ist mit einem Trockenmittel (28) verbindbar. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) erlauben es in vorteilhafter Weise, Vorrichtungen zum Behandeln von Halbleitersubstraten wie insbesondere Implanter aus adsorberfreien Gasflaschen (14) mit Dotiergas wie beispielsweise Phosphin und/oder Arsin zu versorgen. Aufgrund der Ausgestaltung von Pufferschlauch (7) und Schildschlauch (24), sowie den entsprechenden Beschichtungen (25, ...

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Behandeln von Halbleitersubstraten. Bevorzugt kann die vorliegende Erfindung bei Implantern zur Herstellung von Halbleiterbauteilen zum Einsatz kommen, insbesondere beim Dotieren von Halbleitersubstraten, sogenannter Wafer, mittels Ionenimplantation.
Die Dotierung von Wafern mittels des Ionenimplantationsverfahrens ist bekannt. Hierbei wird aus einem Dotiergasstrom ein Ionenstrahl erzeugt, der auf das entsprechende Halbleitersubstrat gelenkt wird. Die eindringenden Dotierionen bilden Verunreinigungen im Gitter, die die entsprechenden Eigenschaften der Halbleiter verändern. Durch gezieltes Lenken des Ionenstrahls auf bestimmte Bereiche des Halbleitersubstrates können so Halbleiter bestimmter Funktionen erzeugt werden.
Als Dotiergase werden dabei beispielsweise hochtoxische Gase wie Phosphin (PH₃), Arsin (AsH₃), Bortrifluorid (BF₃) oder Siliziumtetrafluorid (SiF₄) eingesetzt, die toxisch und/oder entzündlich sind. Um die Gefährdung anderer durch diese Gase bei dem Implantationsprozess zu verhindern, werden daher bisher diese in Gasflaschen vorgesehen, wie sie beispielsweise in der US 6,743,278 beschrieben werden. Diese speziellen Gasflaschen enthalten ein Adsorptionsmittel, an welchem das Dotiergas adsorbiert ist. Diese Gasflaschen sind so ausgebildet, dass bei Anliegen von Umgebungsdruck kein Dotiergas die Gasflasche verlässt.
Alternativ zu diesem System kann ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2007 030 106 zum Einsatz kommen, bei der statt einer Gasflasche mit einem Adsorber ein übliches Gasreservoir zum Einsatz kommt, bei dem mittels eines doppelten Kunst stoffrohres Sicherheitsbelangen beim Einsatz einer solchen Gasversorgung zur Versorgung mit hoch toxischen Dotiergasen Genüge getan wird.
Dieses System ist vorteilhaft, es hat sich jedoch herausgestellt, dass beim Betrieb dieser Systeme in üblichen Umgebungen Wasser aus der Umgebungsluft in das System eindringt. Dies kann ein Korrosionsrisiko für die mit dem Dotiergas zu versorgenden Bauteile darstellen.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Korrosionsrisiko bei der Versorgung mit Dotiergasen zumindest zu verringern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit dem Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleitersubstrates, wobei ein Ionenstrahl aus einem Dotiergas erzeugbar und auf das Halbleitersubstrat lenkbar ist, wobei das Dotiergas durch einen Dotiergasschlauch aus einem ersten Kunststoff von einem adsorberfreien Gasbehälter einem Mittel zum Erzeugen eines Ionenstrahls zuführbar ist, wobei der Dotiergasschlauch von einem Pufferschlauch umgeben ist, der aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der folgenden Maßnahmen verwirklicht ist:

a) der Permeationskoeffizient des zweiten Kunststoffs für Wasser ist kleiner als der Permeationskoeffizient des ersten Kunststoffs für Wasser;
b) der Pufferschlauch ist von einem Schildschlauch aus einem dritten Kunststoff umgeben;
c) auf zumindest einer der folgenden Oberflächen des Pufferschlauches: i) der Innenfläche und ii) der Außenfläche ist eine Beschichtung ausgebildet; und
d) der Dotiergasschlauch ist mit einem Trockenmittel verbindbar.

Unter dem Dotiergas wird hier insbesondere Arsin, Phosphin, Bortrifluourid und/oder Siliziumtetrafluorid verstanden. Unter einem Halbleitersubstrat wird hierbei insbesondere ein bevorzugt monokristallines Substrat, insbesondere aus Silizium, verstanden. Weiterhin versteht man im Rahmen dieser Erfindung unter einem Halbleitersubstrat insbesondere einen sogenannten Wafer. Insbesondere wird hierbei ein Ionenimplantationsverfahren angewandt, eine mögliche spätere thermische Heilung des dotierten Substrats ist möglich. Die elektrischen Spannungen, die beim Ionenimplantationsverfahren erreicht werden, liegen oft im Bereich von 90 bis 250 kV.
Dotiergasschlauch und Pufferschlauch sind bevorzugt konzentrisch und/oder koaxial ausgebildet. Das Puffergas dient einerseits einer Sicherung der Umwelt vor dem Dotiergas und dient andererseits der Feststellung von Lecks. Als Puffergas kommt bevorzugt ein Inertgas zum Einsatz, insbesondere ein Inertgas, dessen Atomgewicht sich deutlich von dem der Dotierelemente im Dotiergas unterscheidet. Insbesondere kommen Stickstoff, Argon und/oder Schwefelhexafluorid zum Einsatz.
Unter einem Kunststoff werden Materialien umfassend Polymere verstanden. Unter dem Permeationskoeffizienten wird eine Materialkonstante verstanden, die ein Maß für die Permeation eines Gases wie beispielsweise Wasserdampf durch das Material darstellt. Der Permeationskoeffizient wird insbesondere berechnet als das Produkt des Diffusionskoeffizienten des Gases mit der Löslichkeit des Gases in dem Material. Der Permeationskoeffizient kann als die auf eine Einheitsdicke bezogene Durchlässigkeit des Materials verstanden werden. Erfindungsgemäß kann der Permeationskoeffizient für Wasserdampf für den zweiten Kunststoff, also für den Pufferschlauch, kleiner sein als für den ersten Kunststoff, also den Dotiergasschlauch. Hierdurch wird das Eindringen des Wasserdampfes in den Pufferschlauch und damit auch in den Dotiergasschlauch verringert. Weiterhin bevorzugt ist in diesem Zusammenhang eine Ausgestaltung, bei der der Permeationskoeffizient für das Dotiergas des ersten Kunststoffs kleiner ist als der Permeationskoeffizient für das Dotiergas des zweiten Kunststoffs.
Der Schildschlauch kann insbesondere radial beabstandet von dem Pufferschlauch oder in Kontakt mit dem Pufferschlauch ausgebildet sein. Der Raum zwischen Schildschlauch und Pufferschlauch kann bevorzugt mit einem Schildgas, insbesondere Stickstoff (N₂) und/oder Argon (Ar) gefüllt sein oder auch damit durchspült werden. Der Schildschlauch kann in einer bevorzugten Ausgestaltung mit dem Pufferschlauch verbunden sein, bevorzugt stoffschlüssig verbunden, insbesondere auf den Pufferschlauch aufgeschrumpft oder zumindest teilweise mit diesem verschweißt werden.
Die Beschichtung kann innen- und/oder außenseitig auf dem Kupferschlauch aufgebracht werden. Bevorzugt handelt es sich um eine Beschichtung, die den Permeationskoeffizienten für Wasserdampf des zweiten Kunststoffs verringert, also beispielsweise gegebenenfalls vorhandene Poren im Pufferschlauch schließt. Weiterhin bevorzugt ist eine insbesondere flächige Beschichtung mit einem Material, insbesondere einem Kunststoff, mit einem geringeren Permeationskoeffizienten für Wasser(dampf) als dem des zweiten Kunststoffs.
Unter einem Trockenmittel wird ein Mittel verstanden, welches den Anteil von Wasser beziehungsweise Wasserdampf im Dotiergas beim Durchströmen verringert. Insbesondere kann es sich hierbei um so genannte Trockenfilter handeln.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Beschichtung einen vierten Kunststoff.
Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine außenseitige Beschichtung, insbesondere mit einem vierten Kunststoff, dessen Permeationskoeffizient für Wasserdampf geringer ist als der des zweiten Kunststoffs. Bevorzugt umfasst der vierte Kunststoff Polyurethan und/oder Fluorcarbone umfassend perfluorierte Kohlenstoffketten.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst mindestens einer der folgenden Kunststoffe:

A) der dritte Kunststoff und
B) der vierte Kunststoff

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst die Beschichtung einen keramischen Werkstoff.
Insbesondere umfasst die Beschichtung Aluminiumoxid, Chromoxid, Titandioxid, und/oder Zirkoniumoxid. Bevorzugt kann eine Haftvermittlungsschicht zwischen zweitem Kunststoff und keramischer Beschichtung ausgebildet sein, die eine haltbare Beschichtung ermöglicht mit dem keramischen Werkstoff ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mindestens einer der folgenden Kunststoffe:

A) der erste Kunststoff;
B) der zweite Kunststoff;
C) der dritte Kunststoff; und
D) der vierte Kunststoff

1) Perfluoralkoxy-Polymere (PFA);
2) Polyvinylidenfluorid (PVDF);
3) Polychlortrifluorethylen (PCTFE);
4) Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP);
5) Fluorelastomere;
6) Polyethylen (PE);
7) Polypropylen (PP);
8) Polystyrol (PS);
9) Polytetrafluorethylen (PTFE);
10) Polyvinylchlorid (PVC);
11) Polyisobutylen (PIB);
12) Poly-(ε-Caprolactam) (PA 6);
12) Poly-(ε-Laurinlactam) (PA 12);
13) Poly(hexamethylen-Adipinsäureamid) (Nylon 66);
14) Poly(hexamethylen-Sebacinsäureamid (Nylon 120);
15) Polylactid;
16) Polyethylenterephthalat (PET);
17) Polyvinylpyrrolidon (PVP);
18) Polyetheretherketon (PEEK);
19) Polyacrylat;
20) Polymethylmethacrylat (PMMA).

Bevorzugt ist hierbei der Einsatz von PFA als erstem Kunststoff, PVDF als zweitem Kunststoff und FEP als drittem und/oder viertem Kunststoff. Weiterhin bevorzugt ist der Einsatz von PVDF als erstem und zweitem Kunststoff und mindestens einem Polyurethan als drittem und/oder viertem Kunststoff. Weiterhin bevorzugt ist der Einsatz von PVDF als erstem und FEP als zweitem Kunststoff, gegebenenfalls mit mindestens einem Polyurethan als dritten und/oder viertem Kunststoff. Diese Varianten haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da hier ein geringer Verlust an Dotiergas in den Pufferschlauch und eine nur geringe Permeation von Wasserdampf aus der Umgebungsluft in den Pufferschlauch und den Dotiergasschlauch gegeben war.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Trockenmittel ein Mittel zur Physisorption und/oder Chemisorption zumindest von Wasser.
Unter Physisorption wird eine Adsorption verstanden, bei der ein Molekül, das Adsorbatmolekül, auf einem Substrat durch physikalische Kräfte, also Kräfte, die keine chemische Bindung bewirken, gebunden werden. Unter Chemisorption wird das Adsorbat durch chemische Bindungen an das Substrat gebunden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Trockenmittel mindestens einen der folgenden Stoffe umfasst:

1) Silicagel;
2) Zeolith;
3) Zeolith A;
4) Calciumchlorid (CaCl₂);
5) Zinkchlorid (ZnCl₂);
6) Schwefelsäure;
7) Phosphorsäure;
8) Aluminiumoxid;
9) Calciumhydrid;
10) Kaliumcarbonat;
11) Kaliumhydroxid;
12) Kieselgel;
13) Magnesiumsulfat (wasserfrei);
14) Natrium:
15) Natriumhydroxid;
16) Natriumsulfat (wasserfrei);
17) Phosphorpentoxid.

Bevorzugt ist hierbei der Einsatz von Kieselgel, Zeolith A, Zinkchlorid und/oder Calciumchlorid.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Behandeln eines Halbleitersubstrates vorgeschlagen, wobei ein Ionenstrahl aus einem Dotiergas erzeugt und auf das Halbleitersubstrat gelenkt wird, wobei das Dotiergas durch einen Dotiergasschlauch aus einem ersten Kunststoff von einem adsorberfreien Gasbehälter einem Mittel zum Erzeugen eines Ionenstrahls zugeführt wird, wobei der Dotiergasschlauch von einem Pufferschlauch umgeben ist, der aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, wobei zwischen Pufferschlauch und Dotiergasschlauch ein Puffergas zumindest vorgehalten wird. Erfindungsgemäß wird das Dotiergas mit einem Wasseranteil von weniger als 30 ppm (parts per million, Teile von einer Million), bevorzugt von weniger als 20 ppm, besonders bevorzugt von weniger als 10 ppm dem Mittel zum Erzeugen eines Ionenstrahls zugeführt.
Unter der Behandlung des Halbleitersubstrats wird insbesondere die Dotierung mit Dotierionen mittels eines Implanters verstanden. Unter einem adsorberfreien Gasbehälter wird insbesondere eine übliche Gasflasche verstanden, die keinen zusätzlichen Adsorber enthält. Unter einer adsorberfreien Gasflasche wird als insbesondere eine Gasflasche verstanden, bei der das Dotiergas ohne Anlegen eines Unterdrucks, also bei Normaldruck entnommen werden kann. Die angegebenen Wasseranteile sind so gering, dass das Korrosionsrisiko im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung und Verfahren deutlich verringert ist. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer erfindungsgemäßen Apparatur durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Dotiergas vor Eintritt in das Mittel zum Erzeugen eines Ionenstrahls über ein Trockenmittel geführt und durch Physi- und/oder Chemisorption getrocknet.
Insbesondere kann dabei ein Trockenmittel wie oben beschrieben eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Puffergas mindestens eines der folgenden Stoffe umfasst:

a) Stickstoff (N₂);
b) Argon (Ar); und
c) Schwefelhexafluorid (SF₆).

Insbesondere Stickstoff hat sich als vorteilhaft einsetzbares Puffergas erwiesen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Pufferschlauch zumindest zeitweise mit dem Puffergas gespült.
Hierbei kann es sich insbesondere um eine Spülung zu vorgebbaren Zeitpunkten, insbesondere in vorgebbaren Zeitabständen, um eine kontinuierliche Spülung und/oder um eine Spülung in Abhängigkeit von dem Gehalt von Wasserdampf und/oder Dotiergas im Puffergas, insbesondere bei Überschreiten vorgebbarer Grenzwerte handeln.
Bevorzugt wird der Druck des Puffergases überwacht.
Dies kann beispielsweise durch Ausbildung eines Manometers erfolgen, welches mit dem Pufferschlauch verbunden oder verbindbar ist. Die Überwachung des Drucks kann kontinuierlich und/oder diskontinuierlich erfolgen. Beim Absinken des Drucks des Puffergases kann auf ein Leck im Kunststoffschlauch geschlossen werden. Insbesondere kann hier eine zeitliche Auswertung erfolgen, bei der ein insbesondere starker Abfall des Drucks des Puffergases als Hinweis für ein Leck im Kunststoff- und/oder Pufferschlauch gewertet wird und eine entsprechende Reaktion erfolgt. Wird zusätzlich noch der Druck des Dotiergases überwacht, kann festgestellt werden, ob Kunststoff- und/oder Pufferschlauch ein Leck aufweisen.
Bevorzugt weist das Puffergas einen Fülldruck von 1,4 bis 2,0 bar auf.
Insbesondere ein Druck von 1,4 bis 1,8 bar, bevorzugt etwa 1,5 bar hat sich als vorteilhaft erwiesen, insbesondere wenn der Druck des Dotiergases niedriger liegt, beispielsweise bei etwa 0,8 bis 1,0 bar, insbesondere bei etwa 0,9 bar. Im Rahmen dieser Erfindung wird unter den angegebenen Drücken jeweils der absolute Druck verstanden. Der Druckunterschied zwischen dem Druck des Puffergases, dem Umgebungsdruck und dem Druck des Dotiergases ist so gewählt, dass sich ein deutlich messbarer Druckabfall einstellt, wenn ein Leck vorliegt.
Bevorzugt wird mindestens eine der folgenden Aktionen durchgeführt, wenn der Druck des Puffergases unter einen Grenzdruck fällt:

I) Ausgeben einer Warnung und
II) Unterbrechen der Zufuhr von Dotiergas.

Ein Druckabfall indiziert ein Leck des Kunststoffschlauchs und/oder des Pufferschlauches. Je nach Größe des Lecks wird hierbei eine Warnung an eine Bedienperson abgegeben und/oder die Zufuhr von Dotiergas unterbrochen.
Bevorzugt liegt der Grenzdruck bei 70 bis 90% des Fülldrucks des Puffergases. Ein Abfall des Fülldrucks bis auf den Grenzdruck indiziert mit hoher Wahrscheinlichkeit ein entsprechendes Leck, da ein Abfall des Drucks des Puffergases aufgrund beispielsweise von Diffusion deutlich langsamer erfolgt als ein Druckabfall aufgrund eines Lecks. Von daher wird in vorteilhafter Weise auch die Geschwindigkeit des Druckabbaus überwacht und bei der Auswahl entsprechender Aktionen berücksichtigt. Bevorzugt wird ein Grenzdruck von etwa 80% des Fülldrucks des Puffergases.
Bevorzugt umfasst das Dotiergas Verbindungen mindestens eines der folgenden Elemente:

A) Phosphor (P);
B) Arsen (As);
C) Antimon (Sb);
D) Bor (B);
E) Aluminium (Al);
F) Indium (In);
G) Gallium (Ga);
H) Germanium (Ge);
I) Kohlenstoff (C);
J) Wasserstoff (H);
K) Chlor (Cl);
L) Sauerstoff (O);
M) Brom (Br);
N) Stickstoff (N);
O) Silizium (Si) und
P) Fluor.

Insbesondere bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei der das Dotiergas mindestens eines der folgenden Gase umfasst:

i) Arsin (AsH₃);
ii) Phosphin (PH₃);
iii) Bortrifluorid (BF₃) und
iv) Siliciumtetrafluorid (SiF₄).

Diese Gase haben sich als besonders vorteilhaft bei der Erzeugung des Ionenstrahls erwiesen. Die entsprechenden Dotierelemente Arsen (As), Phosphor (P), Bor (B) und Silizium (Si) haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Pufferschlauch von einem Schildschlauch aus einem dritten Kunststoff umgeben, wobei der Raum zwischen Pufferschlauch und Schildschlauch mit einem Schildgas befüllt ist.
Der Druck des Schildgases kann überwacht werden. Als Schildgas kommt bevorzugt Stickstoff und/oder Argon zum Einsatz.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Schildschlauch zumindest zeitweise mit einem Schildgas gespült.
Hierbei kann es sich insbesondere um eine Spülung zu vorgebbaren Zeitpunkten, insbesondere in vorgebbaren Zeitabständen, um eine kontinuierliche Spülung und/oder um eine Spülung in Abhängigkeit von dem Gehalt von Wasserdampf und/oder Dotiergas im Schildgas, insbesondere bei Überschreiten vorgebbarer Grenzwerte handeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleitersubstrats mit einem Ionenstrahl, insbesondere zur Gasversorgung eines Implanters mit Dotiergas verstanden. Jeder Implanter kann mit mehreren Gasversorgungen mit einem Dotiergasschlauch und einem Pufferschlauch gemäß der vorliegenden Erfindung versehen sein. Die entsprechenden Weiterbildungen lassen sich analog übertragen und anwenden. Die für die erfindungsgemäße Vorrichtung offenbarten Details und Vorteile lassen sich auf das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Verwendung anwenden und übertragen und jeweils umgekehrt.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert, ohne auf die dort gezeigten Ausführungsbeispiele und Details beschränkt zu sein. Es zeigen schematisch:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 einen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Dotiergasschlauches mit Pufferschlauch;
3 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Dotiergasschlauches mit Pufferschlauch;
4 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines entsprechenden Dotiergasschlauches mit Pufferschlauch; und
5 ein Detail eines weiteren Ausfürungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1. Diese dient zum Behandeln eines Halbleitersubstrats 2. Unter einem Halbleitersubstrat 2 wird insbesondere ein sogenannter Wafer, beispielsweise aus hochreinem Silizium verstanden. Die Vorrichtung 1 umfasst weiterhin ein Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 und Ablenkmittel 5 zur Ablenkung des Ionenstrahls 4. Ablenkmittel 5 und Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 sind in einem auf Ultrahochvakuum evakuierbaren inneren Gehäuse 15 ausgebildet. Ein Anschluss 21 für Dotiergas ist auf der Außenwand des inneren Gehäuses 15 ausgebildet. Mit diesem Anschluss 21 ist der Dotiergasschlauch 6 gasdicht verbunden.
Mit den Ablenkmitteln 5 kann ein Ionenstrahl 4 auf das Halbleitersubstrat 2 gelenkt werden. Die Ablenkmittel 5 umfassen positiv und negativ geladene Elektroden. Der Übersichtlichkeit halber sind Ablenkmittel, die eine Ablenkung des Ionenstrahles 4 senkrecht zu den eingezeichneten Ablenkmitteln 5 und senkrecht zur Austrittsrichtung des Ionenstrahls 4 nicht eingezeichnet. Die Ablenkmittel 5 bewirken den Aufbau eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden, dessen Polarität abhängig von der Polarität der einzelnen Elektroden ist. Die Elektroden können mit Gleich- oder Wechselspannung versorgt werden. Die Richtung des Feldes ist senkrecht zur ursprünglichen Austrittsrichtung des Ionenstrahls 4.
Bevorzugt werden hohe Spannungen beispielsweise von 90 kV oder mehr an den Ablenkmitteln 5 angelegt. Durch Variation der an den Ablenkmitteln 5 anliegenden elektrischen Spannung kann eine Lenkung des Ionenstrahls auf bestimmte, vordefinierte Bereiche des Halbleitersubstrats 2 erfolgen. Hierdurch können Dotierungen in ganz bestimmten Bereichen des Halbleitersubstrats 2 erreicht werden.
Das Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 wird über einen Dotiergasschlauch 6 mit einem Dotiergas versorgt. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eines ersten Ausführungsbeispiels eines Dotiergasschlauches 6. Dieser ist koaxial im Inneren eines Pufferschlauches 7 ausgebildet. Im Betrieb strömt durch den Kunststoffschlauch das Dotiergas, beispielsweise Arsin (AsH₃), Phosphin (PH₃), Siliziumtetrafluourid (SiF₄) und Bortrifluourid (PF₃). Bei sämtlichen Gasen handelt es sich um hochreaktive, toxische Gase, die nicht in die Umgebung treten dürfen. Dadurch, dass der Pufferschlauch 7 im Betrieb mit einem Puffergas, beispielsweise mit Stickstoff (N₂) befüllt ist und der Druck in diesem Pufferschlauch überwacht wird, kann bei Abfallen des Drucks des Puffergases, welches auf eine Leckage des Dotiergasschlauches 6 und/oder des Pufferschlauchs 7 deutet, die Zufuhr von Dotiergas umgehend beendet werden. Dies kann beispielsweise durch Absperren des Dotiergasschlauches 6 durch Absperrmittel 17 erfolgen. Es kann sich hierbei beispielsweise um ein pneumatisch betätigtes Ventil, insbesondere ein Edelstahlventil handeln. Hierdurch wird ein Austreten des Dotiergases an die Umgebung sicher vermieden. Die Absperrmittel 17 können auch an anderer geeigneter Stelle ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist der Dotiergasschlauch 6 aus einem ersten Kunststoff und der Pufferschlauch 7 aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet, wobei der Permeationskoeffizient von Wasserdampf des zweiten Kunststoffs kleiner ist als der Permeationskoeffizient von Wasserdampf des ersten Kunststoffs.
1 zeigt weiterhin die Verbindung des Pufferschlauchs 7 über eine erste Datenleitung mit einer Steuereinheit 9. Die Steuereinheit 9 kann einen Druckmesskopf 19 beinhalten, dieser kann auch am Pufferschlauch 7 ausgebildet sein und seine Daten über die erste Datenleitung 8 an die Steuereinheit 9 übermitteln. Der ent sprechende Druckmesskopf 19 am Pufferschlauch 7 kann an beliebiger Position des Pufferschlauches 7 angebracht werden, insbesondere ist eine Ausbildung im Kopplungsmittel 12 bevorzugt. In der Steuereinheit 9 werden die Druckdaten im Pufferschlauch 7 aufgenommen. Anhand dieser Daten, sowie insbesondere anhand einer Analyse der zeitlichen Änderung des Druckes wird überwacht, ob ein Leck im Dotiergasschlauch 6 und/oder im Pufferschlauch 7 vorliegt. Sollte dies der Fall sein, initiiert die Steuereinheit 9 einen Warnhinweis an eine Bedienperson und/oder beendet umgehend die Zufuhr von Dotiergas. Über zweite 10 und dritte Datenleitungen 11 ist die Steuereinheit 9 mit Gassensoren 20 verbunden, die die Verbindungsstellen des Kunststoffschlauchs 6 mit dem Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 und einem Kopplungsmittel 12 auf Leckagen überwachen. Diese Gassensoren sind so ausgebildet, dass sie wenige ppb (parts per billion, Teile in einer Milliarde Teilchen), der Dotiergase in anderen Gasen detektieren können. Basierend auf entsprechenden Ergebnissen dieser Gassensoren erfolgt ebenfalls eine Warnmeldung an einen Bediener und/oder eine Unterbrechung der Zufuhr von Dotiergasen. Weiterhin wird der Druck des Dotiergases über einen zweiten Druckaufnehmer 22 überwacht, der mit einer fünften Datenleitung 23 mit der Steuereinheit 9 verbunden ist. Der Druck des Dotiergases im Kunststoffschlauch 6 liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei 0,9 bar, der Druck des Puffergases im Pufferschlauch 7 bei mehr als einem bar, insbesondere bei 1,5 bar bis 2,0 bar. Bei einem Anstieg des Drucks des Dotiergases im Dotiergassschlauch 6, der ein Leck des Dotiergasschlauches 6 indiziert, gibt die Steuereinheit 9 einen Warnhinweis aus und/oder beendet die Zuführung von Dotiergas. Dies erfolgt über die Betätigung der Absperrmittel 17. Der zweite Druckaufnehmer 22 kann auch im Kopplungsmittel 12 ausgebildet sein.
Das Kopplungsmittel 12 dient der Kopplung des Kunststoffschlauchs 6 an eine Metallleitung 13. Diese Metallleitung 13 ist üblicherweise aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl hergestellt und verbindet das Kopplungsmittel 12 mit einem Gasre servoir 14. Dies stellt ein adsorberfreies Gasreservoir, insbesondere eine adsorberfreie Gasflasche dar. Die Metallleitung 13 kann hierbei auf einem definierten elektrischen Potential, insbesondere auf elektrischer Masse liegen. Bei dem Gasreservoir 14 handelt es sich um eine übliche Gasflasche, insbesondere also nicht um eine mit einem Adsorbermaterial versehen Flasche, die unter dem Namen SDS-Flasche am Markt erhältlich ist. Grundsätzlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur ein Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 an ein Gasreservoir 14 angeschlossen werden, vielmehr können auch zwei oder mehrere Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 an ein einzelnes, gemeinsames Gasreservoir 14 angeschlossen werden. Das Gasreservoir 14 ist grundsätzlich außerhalb eines inneren Gehäuses 15 und eines äußeren Gehäuses 16 der Vorrichtung 1 ausgebildet. Die Gasreservoire 14 für die einzelnen Dotiergase können also an entsprechenden entsprechend belüfteten und mit Filtermitteln versehenen Orten aufbewahrt werden. Die Ausbildung der Zufuhr des Dotiergases zum Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4 als aus einem ersten Kunststoff ausgebildeter Kunststoffschlauch 6 verhindert ein Überschlagen der elektrischen Spannung hin zu dem Kunststoffschlauch 6.
Das innere Gehäuse 15 umfasst insbesondere die Ablenkmittel 5 und das Halbleitersubstrat 2 sowie gegebenenfalls das Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls 4. Das innere Gehäuse 15 ist bevorzugt evakuierbar. Das äußere Gehäuse 16 umschließt zumindest das innere Gehäuse 15. Im äußeren Gehäuse 16 ist auch der Kunststoffschlauch 6 geführt. Das Kopplungsmittel 12 weist ferner das Absperrmittel 17 auf, welches über eine vierte Datenleitung 18 mit der Steuereinheit 9 verbunden ist.
3 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dotiergasschlauches 6 umgeben von einem Pufferschlauch 7. Der Pufferschlauch 7 ist von einem Schildschlauch 24 aus einem dritten Kunststoff, hier aus FEP umgeben. Der Zwi schenraum zwischen Pufferschlauch 7 und Schildschlauch 24 ist von einem Schildgas umgeben. Der Schildschlauch 24 ist radial von dem Pufferschlauch 7 beabstandet ausgebildet. Mittel zum Beabstanden des Pufferschlauches 7 von dem Dotiergasschlauch 6, sowie zum Beabstanden des Schildschlauches 24 vom Pufferschlauch 7 können zumindest bereichsweise ausgebildet sein.
Weiterhin weist der Pufferschlauch 7 eine innenseitige Beschichtung 25 und eine außenseitige Beschichtung 26 auf. Hier ist die außenseitige Beschichtung 26 aus einem vierten Kunststoff, einem Polyurethan, ausgebildet. Die innenseitige Beschichtung 25 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine keramische Beschichtung.
4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Dotiergasschlauches 6 mit einem koaxialen radial außerhalb liegenden Pufferschlauch 7, der den Dotiergasschlauch 6 umgibt. Von außen ist ein Schildschlauch 24 aus FEP mit einem niedrigeren Permeationskoeffizienten für Wasserdampf auf den Pufferschlauch aus PVDF aufgeschrumpft.
5 zeigt ein Beispiel eines Anschlusses 21. Dieser Anschluss 21 ist in einem Anschlussgehäuse 27 ausgebildet, in dem ein Trockenmittel 28 ausgebildet ist. Dieses Trockenmittel 28 stellt einen Behälter dar, der mit beispielsweise Silicagel und/oder Zeolith A gefüllt ist. Das Anschlussgehäuse 27 wird in Bezug auf Gaskonzentrationen des Dotiergases überwacht. Der Dotiergasschlauch 6 ist so mit dem Trockenmittel 28 verbunden, so dass das Dotiergas im Betrieb durch das Trockenmittel 28 strömt. Nach Durchströmen des Trockenmittels 28 strömt das Dotiergas durch den Anschluss 21 in das Mittel 3 zum Erzeugen eines Ionenstrahls strömen. Das Trockenmittel 28 ist grundsätzlich bevorzugt innerhalb des äußeren Gehäuses 16 und bevorzugt innerhalb des inneren Gehäuses 15 ausgebildet.
Der innerhalb dieses Dokumentes verwendete Begriff des Schlauches umfasst insbesondere bevorzugt flexible Leitungen, jedoch sind im Rahmen dieser Erfindung hierunter auch feste Leitungen wie beispielsweise Rohre zu verstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäß Vorrichtung 1 erlauben es in vorteilhafter Weise, Vorrichtung zum Behandeln von Halbleitersubstraten wie insbesondere Implanter aus adsorberfreien Gasflaschen 14 mit Dotiergas wie beispielsweise Phosphin und/oder Arsin zu versorgen. Aufgrund der Ausgestaltung von Pufferschlauch 7 und Schildschlauch 24, sowie den entsprechenden Beschichtungen 25, 26 kann der Eintrag von Wasserdampf in den Pufferschlauch 7 und dadurch auch in den Dotiergasschlauch 6 im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verringert werden. Somit sinkt das Korrosionsrisiko für die mit dem Dotiergas versorgten Apparaturen.

1: Vorrichtung zum Behandeln eines Halbleitersubstrats
2: Halbleitersubstrat
3: Mittel zum Erzeugen eines Ionenstrahls
4: Ionenstrahl
5: Ablenkmittel
6: Dotiergasschlauch
7: Pufferschlauch
8: erste Datenleitung
9: Steuereinheit
10: zweite Datenleitung
11: dritte Datenleitung
12: Kopplungsmittel
13: Metallleitung
14: Gasreservoir
15: inneres Gehäuse
16: äußeres Gehäuse
17: Absperrmittel
18: vierte Datenleitung
19: Druckmesskopf
20: Gassensor
21: Anschluss
22: zweiter Druckaufnehmer
23: fünfte Datenleitung
24: Schildschlauch
25: innenseitige Beschichtung
26: außenseitige Beschichtung
27: Anschlussgehäuse
28: Trockenmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 6743278 [0003]
- DE 102007030106 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zum Behandeln eines Halbleitersubstrates, wobei ein Ionenstrahl (4) aus einem Dotiergas erzeugbar und auf das Halbleitersubstrat (2) lenkbar ist, wobei das Dotiergas durch einen Dotiergasschlauch (6) aus einem ersten Kunststoff von einem adsorberfreien Gasbehälter (14) einem Mittel (3) zum Erzeugen eines Ionenstrahls zuführbar ist, wobei der Dotiergasschlauch (6) von einem Pufferschlauch (7) umgeben ist, der aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der folgenden Maßnahmen verwirklicht ist: a) der Permeationskoeffizient des zweiten Kunststoffs für Wasser ist kleiner als der Permeationskoeffizient des ersten Kunststoffs für Wasser; b) der Pufferschlauch (6) ist von einem Schildschlauch (24) aus einem dritten Kunststoff umgeben; c) auf zumindest einer der folgenden Oberflächen des Pufferschlauches: i) der Innenfläche und ii) der Außenfläche ist eine Beschichtung (25, 26) ausgebildet; und d) der Dotiergasschlauch (6) ist mit einem Trockenmittel (28) verbindbar.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Beschichtung (25, 26) einen vierten Kunststoff umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der mindestens einer der folgenden Kunststoffe: A) der dritte Kunststoff und B) der vierte Kunststoff mindestens einen Kunststoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyalkylenen, Polyurethanen, Polyester, Polyamiden, Polyimiden, Polyolefinen, Polyvinylestern, Polyethern, Polystyrolen, Polysulfonen, Polyacetalen, Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren, Styrol-Olefin-Copolymeren, Perfluorethylen-Propylen-Polymeren und Gemischen aus zwei oder mehr der genannten Polymeren umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beschichtung (25, 26) einen keramischen Werkstoff umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens einer der folgenden Kunststoffe: A) der erste Kunststoff; B) der zweite Kunststoff; C) der dritte Kunststoff; und D) der vierte Kunststoff aus mindestens einem der folgenden Materialien ausgebildet ist: 1) Perfluoralkoxy-Polymere (PFA); 2) Polyvinylidenfluorid (PVDF); 3) Polychlortrifluorethylen (PCTFE); 4) Perfluorethylenpropylen-Copolymer (FEP); 5) Fluorelastomere; 6) Polyethylen (PE); 7) Polypropylen (PP); 8) Polystyrol (PS); 9) Polytetrafluorethylen (PTFE); 10) Polyvinylchlorid (PVC); 11) Polyisobutylen (PIB); 12) Poly-(ε-Caprolactam) (PA 6); 12) Poly-(ε-Laurinlactam) (PA 12); 13) Poly(hexamethylen-Adipinsäureamid) (Nylon 66); 14) Poly(hexamethylen-Sebacinsäureamid (Nylon 120); 15) Polylactid; 16) Polyethylenterephthalat (PET); 17) Polyvinylpyrrolidon (PVP); 18) Polyetheretherketon (PEEK); 19) Polyacrylat; 20) Polymethylmethacrylat (PMMA).
Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Trockenmittel (28) ein Mittel zur Physisorption und/oder Chemisorption zumindest von Wasser umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, bei der das Trockenmittel (28) mindestens einen der folgenden Stoffe umfasst: 1) Silicagel; 2) Zeolith; 3) Zeolith A; 4) Calciumchlorid (CaCl₂); 5) Zinkchlorid (ZnCl₂); 6) Schwefelsäure; 7) Phosphorsäure; 8) Aluminiumoxid; 9) Calciumhydrid; 10) Kaliumcarbonat; 11) Kaliumhydroxid; 12) Kieselgel; 13) Magnesiumsulfat (wasserfrei); 14) Natrium: 15) Natriumhydroxid; 16) Natriumsulfat (wasserfrei); 17) Phosphorpentoxid.
Verfahren zum Behandeln eines Halbleitersubstrates (2), wobei ein Ionenstrahl (4) aus einem Dotiergas erzeugt und auf das Halbleitersubstrat (2) gelenkt wird, wobei das Dotiergas durch einen Dotiergasschlauch (6) aus einem ersten Kunststoff von einem adsorberfreien Gasbehälter (14) einem Mittel (3) zum Erzeugen eines Ionenstrahls (4) zugeführt wird, wobei der Dotiergasschlauch (6) von einem Pufferschlauch (7) umgeben ist, der aus einem zweiten Kunststoff ausgebildet ist, wobei zwischen Pufferschlauch (7) und Dotiergasschlauch (6) ein Puffergas zumindest vorgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Dotiergas mit einem Wasseranteil von weniger als 30 ppm dem Mittel (3) zum Erzeugen eines Ionenstrahls (4) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Dotiergas vor Eintritt in das Mittel (3) zum Erzeugen eines Ionenstrahls (4) über ein Trockenmittel (28) geführt und durch Physi- und/oder Chemisorption getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das Puffergas mindestens eines der folgenden Stoffe umfasst: a) Stickstoff (N2); b) Argon (Ar); und c) Schwefelhexafluorid (SF6).
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der Pufferschlauch (7) zumindest zeitweise mit dem Puffergas gespült wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Pufferschlauch (7) von einem Schildschlauch (24) aus einem dritten Kunststoff umgeben ist, wobei der Raum zwischen Pufferschlauch (7) und Schildschlauch (24) mit einem Schildgas befüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Schildschlauch (24) zumindest zeitweise mit einem Schildgas gespült wird.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Behandeln eines Halbleitersubstrats mit einem Ionenstrahl.