DE1771077A1 - Quarzglasrohr mit UEberzug - Google Patents

Quarzglasrohr mit UEberzug

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Description

Hanau, den 29. März 1968 PA-Dr.Hn/rf
Heraeus-Schott Quarzochmelze GmbH, Hanau
"Quaraglasrohr mit Ueberzug"
Die Erfindung besieht-sich auf ein Quarzglasrohr, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches auf der Außenseite einen üeberzug aufweist.
Be icrt bekannt, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie -Dioden, Vierschichtendioden, Transistoren, integrierten Schaltungen oder dergl., beispielsweise zur Dotierung. Diffusionsverfahren anzuwenden. Hierbei wird ein Diffusionsrohr aus Quarzglas verwendet, welches in einem elektrisch beheizten Glühofen angeordnet ist. In dem Diffusionsrohr, welches die zu dotierenden Halbleiterkrißtalle enthält, wird dis zur Dotierung der Halbleiterkristalle vorbestimmte Gasatinosphäre bei vorgegebener Diffusionstemperatur aufrechterhalten.
Aus der französischen Patentschrift 1 293 554 ist ein Diffusionsrohr aus Quarz bekannt, welches aui' seiner Aussenseite mit einen: üeberzug versehen ist. Dieser Ueberzug wird bei der Behandlungstemperatur der Halbleiterkristalle schmelzflueosig. Hierdurch 3oll verhindert werden, dacs Verunreinigungen durch das Quers-Diffusionsrohr hindurch in den Halbleiterbehandlurigarauni, d, h. in den vom Quarssrohf umhüllten Raum, oindiffimcliuren könren.
- 2 -■
109883/0490
BAD ORIGINAL
Es wurde festgestellt, dass die bisher verwendeten, akändig im Glühofen verbleibenden Diffusionsrohre aus Quarzglas ainen Nachteil besitzen. Dieser Nachteil besteht darin, dass da3 Diffusionsrohr sich plastisch sehr wesentlich verformt, wenn di? Diffusioustemperatur zu hoch gewählt wird. Die Folge dieser Verformung i3t, dass die mit den Halbleiterkristallen beschickten Trä'jerhorden nicht mehr in das Diffusionerohr hineinpassen, so dass ein häufiges Auswechseln des Diffueionsrohrea unvermeidlich ist.
Aue der USA-Patentschrift 3 275 493 ist es bekannt, die mechanische Festigkeit von Glaskörpern dadurch zu erhöhen, dasa dar Glaskörper mit einer unter Druckspannung stehenden Mischkristall,3chicht, wie Dichroit-Krietallschicht, versehen wird. Auf das Gebiat der wuarzglas-Diffusionsrohre 1st dieser Gedanke deshalb nicht* Übertragbar, weil bei den hohen Verwendungstemperaturen von mehr als 10000C die mschkrietallschicht weich wird und die in dießer Schicht vorhandenen Druckspannungen sich ausgleichen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Quarzglierohr, insbesondere für die Durqhfilhrung halbleitertechnologisoaer Verfahren j su sohaffen, welches Temperaturen von mehr als 1000 0C ausgaset st werden kann, ohne dase die Gefahr einer störendan Verformung besteht. ; '
Gelüst wird diese Aufgabe durch ein QuarBglasrohr, inebesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches einer Temperatur von mehr ale IQOO0C aur.setzba-r— iot und auf seiner Aussenseite einen üeberzug aufweirt, erfiniungegemaas dadurch, dass wenigstens derjenige Teil des Quarzglasrohres, v/elcher der Temperatur von mehr als 10000C ausgesetzt wiVd, einen üeberzug bestehend aus einer zusammenhängenden i'einkrletallinen Cristobalit-Schicht aufweise, deren Dicke kleiner ί·.1β 3 $> der Wandstärke des-Quarzglasrohres ?.m Bereich det; Ücbarzujes ist.
109883/0^90 BAD ORIGINAL
Die zusamnu nhä:igende, feinkristalline Cristobalit-Schicht wthfelt vorteilhaft erweise weniger als eTTnzngstJagsig etwa 5»10 Keimbildnejatone pro cm2. Als Keimbildneratome haben sich insbesondere 8OJche Stoffe bewährt, welche die Diffusionsprozesse der Halbleiter-1 echnik nicht stören, al3o keine Halbleiter-gif te sind. Darüberhim us soll die Diffusionsgeschwindigkeit der keimbildenden Stoffe-im quarzglas bei Temperaturen von wehr als 10000C klein sein gegenüber der von Natrium. Geeignet sind als keimbildeuße Stoffe insVesondere Elemente mit groasem Ionenradius, v/ie beispielsweise Z;.nk, Magnesium, Calzium, Zirkonium oder Zinn. Es war überraschej'd, dass die erfindungsgemässen Quarzglasrohre mit dem sehr dünner zusammenhängende^ feinkristallinan Cristobalit-Ueberzug beim Überschreiten einer Temperaturschwelle im Bereich von etwa 30Q0C gleichgültig ob von unten oder von oben her, nicht zu Bruch gehe)■·, weil, wie an sich bekannt, Cristobali^ in diesem Tesiperaturber« ic h infolge einer Modifikationsänderung einen Sprung im Ausdehnung#k<Effizienten besitzt. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen,1 weil die Ueberzugsschicht aus feinkristallinem Cristobalit an.sMerordentlich dünn ist.
Sie erfindi-n^sgemässen Quarzglasrohre mit dem feinkristallinen, Zusammenhangsnden Gristobalit-Ueberzug haben auch während längerer Verw^ilzeit von einigen Wochen bei Temperaturen, welche bis etwa 1"CO0C reichten, keine störenden plastischen Verformungen gezi-i.gt. Die besonders gute mechanische Festigkeit der erfindungsfomässen Quarzglaerohre auch bei Temperaturen von mehr als 10000Cv ist wahrscheinlich damit zu erklären, dass die aufgebrachte rainkristalline Crietobalit-Schicht zusammenhängend iet und dl» Cristobalit-Kristalle bei hohen Temperaturen noch wachsen.
Es hat sicli als sehr vorteilhaft erwiesen, auf die Cristobalit-Schicht eii'e Schutzschicht aufzubringen. Damit wird vermieden, dass beiep.eisweise von der Muffel des Glühofens während der Aufreizung des vftiarzglasrohres auf die Temperatur, bei welcher
109883/0490 BAD '
die HpIb .eitt rdotji.e 'uns durchgeführt ι ird* Verunreinigungen in dee Quarzglas rohr hinoJUn^elrngen, welche larin unerwünschte KriotallisaMonpprozessc auslösen würden Als Uberzugsatoffe für die Schutzschicht haben eich solche ;ewährt, die bei Temperaturen vor" et?a 1300 0C noch nicht allzu sehr verdampfen, aber bereits ein }lasti3che3 Verhalten neigen« Als geeignet haben sich beitpielaweioe Germaniumoxid, Ij.sehungen aus Germaniumoxid und Siliaiuaioxidun oder MiechglSser erwiesen.
1 igur 1 zeigt In Ansicht eii« erfindungsgemäO ausgebildetes Quarz< lasrohr
1igur 2 aeigt einen Querschnitt durch das. ■ι Quarzglasrohr gemäß Figur 1 im Bireich des Überzuges-.
* 'i
I igur 3 zeigt einen Querschnitt durch ei: ι
Qi'.arzglasrohr nit übereug und SohutzBOhichü
Das Quarz^lasrohr 1 ist, nie Figur 1 zeigt, teilteise mit einem überzug2eas einer zueanroenhängenden, feinkrista3linen Cristobalit-Sct loht versehen. Es ist selbstverständli'i;i auch möglich, des geeonice Quarzglasrohr 1 mit einer Oristobpiit-Schiclrfc au Überziehe^ο Vorteilhafterweise brigt man die Cristobalit-Sehioht nur auf diejenigen Teile des Quarzglasrohres auf. welche den hohen iem^eratüren von mshr als 1000 0C ausgesetzt werden· Durch die teilweise Beschichtung des Quarzglasrohres bleibt beispielsweise die Möglichkeit erhalten, an den unbecohiohteten Stellen, insbesondere den Rohrenden Quarzglasschliffe oder andere Qu'iraglesteile anzusetzen«.
109883/049 0
BAD
_ 5 ■-
Dae in Fi,>ur 3 im Querschnitt dargestellte erfindungogemaQe Quarzglas:"ohr· I weist nicht nur einen überzug 2 aus feinlcristallinera Crintobalit auf, sondern auf den überzug 2 ist noch eine Schutzschicht 3 aufgebracht.
Die Herst ι !llung von mit einer Orietobalit-ähicht veroenenen Quarzglas:Ohren kann beispielsweise so erfolgen, daß man reinsten Cristobal.t in Pulverform auf das Quarzglasrohr aufstäubt und mittels e:.ner Flamme oder in einem Ofen in die Quarzgleeoberfläehe einbrennt und gegebenenfalls das Quarzglasrohr so lange euf hoher Temperatur hält, bis die eingebrannten Keiiae zu einer zusemmenhljagenden, feinkristallinen Schicht verwachsen sind«, Bei einem Quarzglasrohr, dessen Wandstärke im Bereich, des Cristobalit-Uberzuges etwa 2 rom beträgt, beträgt die Dicke der Crisfcobalit-Schicht vti niger als 0,02
109883/0490 BAD ORIGINAL1

Claims (1)

  1. ~ 6
    I '
    Quarzgliasrohr: insbesondere für die Durchführung halbleiter-* technologischer Verfahren, welches einer Temperatur von mehr ale 1000 0C aussetzber iet und auf seiner Außenseite einen Überzug, aufweist, dadurch gekennzeichnet ^ daß wenigsten* derjenige leil des Querzglasrohres (1), weloher der Temperatur von mehr als 1000 0C ausgesetzt wird, einen Überzug (2) bestehend aus einer zusammenhängendeng feinkristallir en cristobelit-Schicht aufweist, deren Dicke kleiner als 1 % der Wand-* stärke lee QuarzglasiOhres im Bereich des Überzuges ist.
    2~ Quarzglisrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 0. rietooslit-Schicht (2) aus in die Oberfläche dee Quar2glesrohres singebrsnntem reinem Cristobelit-Pulver besteht.
    3« Quarzglksrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichr.et, daß die
    C ristobplit-Schicht weniger 8la5olO l*e Keimbjldneratome
    pro cn" eniHiält '
    4ο Quarzglisrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keifflbllineratome aus einem Stoff bestehen, dessen PjLffusionsgeschwiidigkeit in Quarzglas bei Temperaturen von mehr als 1000 0C klein ist gegenüber derjenigen von !atrium,''
    5ο Quarzglisrohr nach den Ansprüchen 3 und/oder 4, dadirch ge« kennzeichnet, daß die Keimbildneratome aus Zink, Magnesium, Oelzium, Zirkonium oder Zinn bestehen.
    6. QuarzgIiarohr nach einem oder mehreren der vorhergehenden AnöprlicJie. dadurch gekennaeiohnet, da0 auf die Cristobal it-Schicht (2) eine Schutzschicht (3) aufgebracht ist.
    •τ ^
    109883/0490 BAD
    Quarzglasrohr noch Anspruch 6, dadurch gekennsaioimet, daß die Sc.iutzachicht (5) aus Germaniumoxid, einer Mischung aus GermenLumoxid und Siliziumoxiden oder aus einem Mischglae be8teh;;r weichet: bei 'iiner Temperatur von et'.v- 15(10 C'C plastisch ist ^
    109883/0490
    BAD
    Leerseite
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