DE1064483B

DE1064483B - Quarzgefaess fuer die Herstellung von Halbleitern

Info

Publication number: DE1064483B
Application number: DEL29871A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Franz Arthur Pohl; Willi Heinrich Bonsels
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-03-13
Filing date: 1957-03-13
Publication date: 1959-09-03

Description

Quarzgefäß für die Herstellung von Halbleitern Die Herstellung von synthetischem Quarz zur Fertigung von hochreinen Quarztiegeln und Quarzgeräten erfolgt aus Siliziumtetrachlorid durch Hydrolyse, Filtration, Trocknen, Glühen und Erschmelzen. Derartige Quarzgeräte haben bei der Herstellung von Siliziumeinkristallen für Zwecke der Halbleitertechnik weitgehend Verwendung gefunden. Sie werden ferner dazu benutzt, zur Reinigung von Siliziumeinkristallen durch Zonenschmelzen zu dienen. Sowohl beim Ziehen als auch beim Zonenschmelzen der Kristalle reagiert die Tiegelwand mit der Siliziumschmelze, und es können die im Tiegelmaterial enthaltenen Verunreinigungen in das Silizium eingeschleppt werden. Es ist deshalb von großer Bedeutung, daß das zur Herstellung des synthetischen Quarzes verwendete Siliziumdioxyd möglichst frei von Verunreinigungen ist.
Es ist bereits vor einiger Zeit vorgeschlagen worden, Siliziumeinkristalle, die zu Halbleiterzwecken verwendet werden sollen, dadurch zu reinigen, daß man den Kristall von einer flüssigen Zone durchlaufen läßt, die lediglich durch ihre Oberflächenspannung zusammengehalten wird und somit keine Verunreinigungen aus Gefäßwandungen aufnehmen kann. Die Reinigung mit diesem Verfahren gelingt jedoch nur von solchen Elementen, deren Abscheidungskoeffizienten gegenüber dem zu reinigenden Material sich genügend vom Wert 1 unterscheiden. Dies trifft jedoch für Bor und Phosphor nicht zu, so daß diese Elemente beim Zonenschmelzen in dem Siliziumeinkristall mehr oder weniger unverändert eingebaut werden. Es ist deshalb besonders wichtig, für das Tiegelmaterial ein synthetisches Ouarz zu verwenden, das von Bor und Phosphor wenigstens so weit frei ist, daß diese beiden Elemente weder in chemischer noch in elektrischer feststellbarer bzw. wirksamer Konzentration darin enthalten sind. Bei der Hydrolyse von Siliziumtetrachlorid zur Gewinnung der Kieselsäure treten folgende Reaktionen auf SiC14+4Hz0=H4Si04 '4HC1 BCl3-r3 Hz 0=H3 B03-H Cl PC15+4H,0=H,P04+5 HCl. Die bei der Hydrolyse entstehende Bor- und Phosphorsäure sind zwar in Wasser löslich, es ist jedoch unmöglich, durch Waschen und Filtrieren diese Säuren quantitativ von der Kieselsäure zu trennen, weil diese so hoch adsorptiv ist und auf ihrer relativ sehr großen Oberfläche den größten Teil der Bor- und Phosphorsäure zurückhält.
Diese Schwierigkeit kann bei einem Reinigungsverfahren umgangen werden, bei dem die verunreinigte Kieselsäure in einem Perforator durch Extraktion mit Methanol und einem mit Wasser nicht mischbaren Äther von Bor- und Phosphorsäure gereinigt wird.
Es hat sich dabei bewährt, wenn die wässerig-methanolische Suspension der Kieselsäure 30 bis 60 Volumprozent Methanol enthält.
Zur Extraktion eignet sich besonders der Isopropyläther.
Das Verfahren wird mit Vorteil in einem Perforator ausgeübt, wie es in der Zeichnung schematisch dargestellt ist. Der Äther kreist in dieser Perforationsanordnung, die einen Rückkühler 1 aufweist, kontinuierlich und durchquert die wässerig-methanolische Kieselsäuresuspension 2 in zahlreichen kleinen, aus einer Fritte 3 austretenden Tröpfchen, in der sich Methanol sowie die sich im Methanol gut lösliche Bor- und Phosphorsäure lösen und in den Destillationskolben 4 transportiert werden. Durch magnetische oder mechanische Rührung wird die Kieselsäuresuspension in dauernder Bewegung gehalten, wodurch eine ständig fortschreitende Desorption der in der Lösung durch den Extraktionsprozeß verarmenden Borsäure und Phosphorsäure und gleichzeitig durch die Wirbelbildung ein längerer Weg der Äthertröpfchen und damit eine sehr wirksame Perforation erzielt wird. Im Destillationskolben 4, der durch eine Heizmanschette 6 beheizt wird, verdampfen kontinuierlich Methanol und Äther. Die Dämpfe steigen in den Rückflußkühler, werden dort kondensiert und fließen zur Fritte, wodurch der Kreislauf aufrechterhalten wird.
In den Destillationskolben 4 wird eine kleine Menge 7 fester Natronlauge eingesetzt und dadurch die Bildung von flüchtigem Borsäuremethylester verhindert. Nach Abschluß der Extraktion wird die gereinigte Kieselsäure durch Filtern, Trocknen und Glühen in Siliziumdioxyd übergeführt.
Das Verfahren eignet sich besonders zur Reinigung von Kieselsäure, die durch Hydrolyse aus Siliziumtetrachlorid gewonnen wurde.
Gegenstand der Erfindung ist ein Quarzgefäß für die Herstellung von Halbleitern, wie z. B. Siliziumkristallen, das sich von den bisher bekannten dadurch unterscheidet, daß das Quarz aus einem Siliziumdioxyd besteht, das in einem Perforator durch Extraktion mit Methanol und einem mit Wasser nicht mischbaren Äther von Bor- und Phosphorsäure gereinigt worden ist.
Besonders bewährt haben sich solche Quarzgefäße, die aus einem Siliziumdioxyd bestehen, das weniger als 10-s slo Bor oder Phosphor enthält. Beispiel 600- Siliziumtetrachlorid werden langsam und unter Kühlung im Eiswasserbad in 101 Austauschwasser in einer Quarzapparatur eingerührt. Nach Absitzen der Suspension wird die Hälfte der überstehenden salzsauren Lösung abgesaugt, zur verbliebenen Suspension 5 1 ?%Iethanol zugesetzt und durch Rühren mit dem Rührer 5 gemischt. Hierauf bringt man in den Destillationskolben 2 1 Isopropyläther und 50 g feste Natronlauge ein und perforiert unter dauerndem Rühren 6 Stunden lang. Nach Abstellen des Rührers und Absitzen der Kieseläure zieht man die Lösung mit Hilfe einer Eintauchfritte möglichst vollständig ab und bringt die Kieselsäure in einer Rotosilschale zum Trocknen in einen Trockenschrank. Nach dem Trocknen und Glühen erhält man etwa 200g Siliziumdioxyd. Der Isopropyläther und Methanol werden durch Destillation nahezu quantitativ zurückgewonnen und können bei einer erneuten Perforation eingesetzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Quarzgefäß für die Herstellung von Halbleitern, wie z. B. Siliziumkristallen, dadurch gekennzeichnet, daß das Quarz aus einem Siliziumdioxyd besteht, das in einem Perforator durch Extraktion mit Methanol und einem mit Wasser nicht mischbaren Äther von Bor- und Phosphorsäure gereinigt worden ist.
2. Quarzgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Siliziumdioxvd besteht, das weniger als 10-6% Bor oder Phosphor enthält.