DD258186A1 - PROCESS FOR CRUSHING SEMICONDUCTOR MATERIAL - Google Patents

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DD258186A1
DD258186A1 DD87300423A DD30042387A DD258186A1 DD 258186 A1 DD258186 A1 DD 258186A1 DD 87300423 A DD87300423 A DD 87300423A DD 30042387 A DD30042387 A DD 30042387A DD 258186 A1 DD258186 A1 DD 258186A1
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DD87300423A
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Jens Dd Reichow
Karsten Dd Holldack
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Jens Dd Reichow
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    • C30—CRYSTAL GROWTH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D5/00—Fine working of gems, jewels, crystals, e.g. of semiconductor material; apparatus or devices therefor
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract

Die Erfindung betrifft die Entwicklung eines Verfahrens zur beruehrungslosen Zerkleinerung von Halbleitermaterial und stellt somit einen protechnologischen Schritt zur Einkristallzuechtung von Halbleitern oder Verbindungshalbleitern dar, die aus Schmelzen oder Schmelzloesungen gezuechtet werden. Resultierend aus den hohen Reinheitsanforderungen von Halbleitermaterial liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, synthetisiertes Halbleitermaterial fuer die anschliessende Einkristallzuechtung handhabbar zu machen, zu zerkleinern. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass das synthetisierte Halbleitermaterial im Synthesecontainer vor der Entnahme durch die an sich bekannte zerstoerende Wirkung von Ultraschallwellen zertruemmert wird, wobei der Synthesecontainer aufgrund seines unterschiedlichen Bruchverhaltens unbeschaedigt bleibt.The invention relates to the development of a method for contactless comminution of semiconductor material and thus represents a protechnological step for the single crystal growth of semiconductors or compound semiconductors, which are grown from melts or melt solutions. As a result of the high purity requirements of semiconductor material, the object of the invention is to make synthesized semiconductor material manageable for the subsequent growth of the single crystal, to comminute it. According to the invention, the object is achieved in that the synthesized semiconductor material in the synthesis container before the removal is ruined by the known per se destructive effect of ultrasonic waves, the synthesis container remains undamaged due to its different fracture behavior.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen und damit sauberen Zerkleinerung von hochreinen Halbleitermaterialien nach ihrer Synthetisierung oder Darstellung zum Zweck der Manipulation für die anschließende Einkristallzüchtung.The invention relates to a method for non-contact and therefore clean comminution of high-purity semiconductor materials after their synthesis or display for the purpose of manipulation for the subsequent single crystal growth.

Die Erfindung ermöglicht dadurch die Verhinderung des Einbringens elektronischer Verunreinigungen in das Halbleitermaterial, wodurch eine spätere Funktion hergestellter Bauelemente für die Mikro- und Optoelektronik gewährleistet wird.The invention thereby makes it possible to prevent the introduction of electronic impurities into the semiconductor material, thereby ensuring a later function of manufactured components for microelectronics and optoelectronics.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Bei der Züchtung von Einkristallen in harten Containern aus Schmelzen oder Schmelzlösungen sind Synthese und Kristallzüchtung des Halbleitermaterials meistens separate technologische Prozesse, die ^.verschiedenen Containern ablaufen.In the growth of single crystals in rigid containers of melts or melt solutions, synthesis and crystal growth of the semiconductor material are mostly separate technological processes occurring in various containers.

Diese Container bestehen in der Regel aus Kieselglas.These containers are usually made of silica glass.

Somit wird es erforderlich, nach erfolgter Synthetisierung des Halbleitermaterials im Synthesecontainer, dieses zu entnehmen, um es für eine Mischkristalleinwaage bzw. zum Einfüllen in den Züchtungscontainer zu zerkleinern.Thus, after the synthesis of the semiconductor material in the synthesis container, it becomes necessary to remove it in order to comminute it for a mixed crystal sample or for filling in the culture container.

Diese Zerkleinerung von synthetisiertem Material erfolgt in Achat- oder Porzellanmörsern oder durch Zertrümmern in splitterfreien Kunststoffolien.This comminution of synthesized material takes place in agate or porcelain mortars or by shattering in shatterproof plastic films.

Bekannt ist außerdem eine Zerkleinerung in Kugelmühlen und Backenbrechern.Also known is a crushing in ball mills and jaw crushers.

Aufgrund der hohen erforderlichen Reinheit der Halbleitermaterialien für die Mikro- und Optoelektronik ist eine Berührung mit Hilfsmitteln in jedem Fall ungünstig und führt zwangsläufig zum Einschleppen elektronischer Verunreinigungen. Unter Umständen kann durch derartige Manipulationen das Halbleitermaterial unbrauchbar werden.Due to the high purity required of the semiconductor materials for microelectronics and optoelectronics, contact with auxiliaries is in any case unfavorable and inevitably leads to the introduction of electronic contaminants. Under certain circumstances, such manipulations make the semiconductor material unusable.

Es ist bekannt, mit Hilfe von Ultraschallschwingungen harte und spröde Materialien zu bearbeiten (DE 2219790, DE 3517020,It is known to work with the aid of ultrasonic vibrations hard and brittle materials (DE 2219790, DE 3517020,

US 3811623). ' US 3811623). '

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, hochreine Halbleitermaterialien nach ihrer Synthetisierung oder Darstellung ohne Entnahme aus dem Synthesecontainer berührungslos zu zerkleinern, wobei die hohe Reinheit erhalten bleibt.The object of the invention is to develop a method which makes it possible to comminute high-purity semiconductor materials after their synthesis or presentation without removal from the synthesis container without contact, wherein the high purity is maintained.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, hochreine Materialien füV die Mikro- und Optoelektronik nach ihrer Synthetisierung oder Darstellung so zu zerkleinern, daß sie für eine anschließende Einkristallzüchtung handhabbar sind, wobei die hohe Reinheit erhalten bleibt.The invention has for its object to develop a method which makes it possible to crush high-purity materials for micro- and optoelectronics after their synthesis or representation so that they are manageable for a subsequent single crystal growing, the high purity is maintained.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Synthesecontainer in ein Ultraschallfeld derart eingebracht wird, daß dieser zu erzwungenen Schwingungen angeregt wird. Durch verfahrensbedingten mechanischen Kontakt des Halbleitermaterials zum Container kommt es zu einer Schallausbreitung im Halbleitermaterial. Dadurch entstehen im Halbleitermaterial zeitlich veränderliche Spannungsfelder, die sich den verfahrensbedingten statischen Spannungen im Material überlagern.According to the invention the object is achieved in that the synthesis container is introduced into an ultrasonic field such that it is excited to forced oscillations. Process-related mechanical contact of the semiconductor material with the container leads to sound propagation in the semiconductor material. As a result, time-varying voltage fields arise in the semiconductor material which overlap the process-related static voltages in the material.

Die Aufgabe wird insbesondere dadurch gelöst, daß durch die als Folge des Schallfeldes zusätzlich auftretenden Spannungen die Bruchspannung im Halbleitermaterial besonders an den Korngrenzen lokal überschritten wird, während die Deformationen des Containers dem Hookschen Gesetz folgen.The object is achieved in particular by locally exceeding the breaking stress in the semiconductor material, particularly at the grain boundaries, as a result of the sound field, while the deformations of the container follow Hooke's law.

Bezeichnet man mit o*H die Bruchspannung im Halbleitermaterial und mit ac die Bruchspannung des Containermaterials, so ist ΟΉ < Oc die notwendige Bedingung für die Erfüllung der Aufgabe. Dieser Fall wird insbesondere dadurch erfüllt, daß das Halbleitermaterial verfahrensbedingt eine polykristalline Struktur besitzt.If we denote by o * H the breaking stress in the semiconductor material and with a c the breaking stress of the container material, then ΟΉ <Oc is the necessary condition for the fulfillment of the task. This case is fulfilled in particular by the fact that the semiconductor material has a polycrystalline structure due to the process.

Regt man das Material, indem sich die Schallwellen mit der Phasengeschwindigkeit c ausbreiten, mit der Erregerfrequenz γ, die von der Größenordnung der mittleren Korngröße d des polykristallinen Halbleitermaterials abhängt, an, ist die zerstörende Wirkung des Schallfeldes auf das Material gemäß der Beziehung γ ~ cd"1 besonders effektiv.By exciting the material by propagating the sound waves at the phase velocity c with the excitation frequency γ, which depends on the order of the mean grain size d of the polycrystalline semiconductor material, the destructive effect of the sound field on the material is given by γ cd " 1 especially effective.

Ausführungsbeispielembodiment

Ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren zur Zerkleinerung von Halbleitermaterial zum Zweck der Manipulierung für die anschließende Einkristallzüchtung aus Schmelzen (Bridgman-Verfahren, Czochralski-Verfahren, Nacken-Kyropoulous-'Verfahren) oder Schmelzlösungen (THM-Verfahren, TSM-Verfahren, SSD-Verfahren) soll nachstehend erläutert werden: Die Herstellung des Verbindungshalbleiters Cadmiumtellurid erfolgt durch Reaktion der Elemente Cadmium und Tellurium in einem evakuierten Kieselglascontainer. Die Synthetisierung erfolgt durch Überschreitung des Schmelzpunktes der Verbindung (T > T5 = 10920C) oder über eine trockene Reaktion (T < T5; T = 1 0000C), wobei hierbei die Reaktion der Komponenten hauptsächlich über die Gasphase vollzogen wird.An embodiment of the method for comminution of semiconductor material for the purpose of manipulation for the subsequent single crystal growth from melts (Bridgman method, Czochralski method, neck Kyropoulous method) or melting solutions (THM method, TSM method, SSD method) will be explained below: The preparation of the compound semiconductor cadmium telluride is carried out by reaction of the elements cadmium and tellurium in an evacuated silica glass container. The synthesis is carried out by exceeding the melting point of the compound (T> T 5 = 1092 0 C) or a dry reaction (T <T 5 , T = 1 000 0 C), in which case the reaction of the components is carried out mainly via the gas phase ,

Nach abgeschlossener Reaktion der Elemente liegt das polykirstalline Halbleitermaterial in der Regel in kompakter Form innerhalb des Synthesecontainers vor. Der mittlere Korndurchmesser des polykristallinen Materials liegt verfahrensbedingt in der Größenordnung Millimeter.After completion of the reaction of the elements, the polykirstalline semiconductor material is usually present in a compact form within the synthesis container. The mean grain diameter of the polycrystalline material is due to the process in the order of millimeters.

Gemäß der Resonanzbedingung λ ~ d (λ-Wellenlänge der anregenden Schallwellen, d-mittlerer Korndurchmesser) und damit gemäß der Beziehung γ ~ cd"1 (c-Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Medium, γ-Anregungsfrequenz), wobei c für kristalline Festkörper in der Größenordnung 103ms~1 liegt, beträgt die erforderliche Frequenz zur Zerstörung des Halbleitermaterials 1 bis 5MHz.According to the resonance condition λ ~ d (λ-wavelength of the exciting sound waves, d-mean grain diameter) and thus according to the relationship γ ~ cd " 1 (c-propagation velocity of the sound waves in the medium, γ-excitation frequency), where c for crystalline solids in the Magnitude is 10 3 ms ~ 1 , the frequency required to destroy the semiconductor material is 1 to 5MHz.

Bringt man das im Container befindliche synthetisierte Cadmiumtellurid in ein stehendes Wellenfeld, vorzugsweise in ein durch Ultraschall angeregtes Wasserbad, wobei die Anregungsfrequenz 5MHz und die eingekoppelte Leistungsdichte ca. 10 Wem""2 beträgt, zerfällt das polykristalline Halbleitermaterial in seine körnigen Bestandteile und ist somit nach Öffnung des Synthesecontainers berührungslos, vorzugsweise durch Schütten, handhabbar.Bring to the left in the container synthesized cadmium telluride in a standing wave field, preferably in an excited by ultrasonic water bath, wherein the excitation frequency of 5MHz and the coupled power density is about 10 Wcm "" 2, the polycrystalline semiconductor material breaks down into its particulate components and thus to Opening the synthesis container without contact, preferably by pouring, manageable.

Claims (3)

1. Verfahren zur Zerkleinerung von hochreinem Halbleitermaterial, gekennzeichnet dadurch, daß nach erfolgter Synthetisierung oder Darstellung des Halbleitermaterials der das Material beinhaltende Container ohne vorheriges Öffnen in ein stehendes Ultraschallfeld gebracht wird.1. A process for the comminution of high-purity semiconductor material, characterized in that after the synthesis or presentation of the semiconductor material of the material-containing container is brought without prior opening in a stationary ultrasonic field. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Ultraschalleinkopplung total erfolgen kann.2. The method according to claim 1, characterized in that the Ultraschallallekopplung can be done totally. 3. Verfahren nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß die Ultraschalleinkopplung lokal erfolgen kann.3. The method according to claim!, Characterized in that the ultrasound coupling can be done locally.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0573855A1 (en) * 1992-05-27 1993-12-15 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH Process for contamination free comminuting of semi-conductor material, especially of silicon

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0573855A1 (en) * 1992-05-27 1993-12-15 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH Process for contamination free comminuting of semi-conductor material, especially of silicon
US5464159A (en) * 1992-05-27 1995-11-07 Wacker-Chemitronic Gesellschaft Fur Elektronik-Grundstoffe Mbh Method for the contamination-free size reduction of semiconductor material, especially silicon

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