DE1771077B2 - Quarzglasrohr mit auf der aussenflaeche angebrachtem ueberzug zur verwendung bei temperaturen ueber 1000 grad c, insbesondere fuer die durchfuehrung halbleitertechnologischer verfahren - Google Patents

Quarzglasrohr mit auf der aussenflaeche angebrachtem ueberzug zur verwendung bei temperaturen ueber 1000 grad c, insbesondere fuer die durchfuehrung halbleitertechnologischer verfahren

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Description

45
Die Erfindung betrifft ein Quarzglasrohr, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches auf der Außenfläche einen Über- so zug aufweist.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, wie Dioden, Vierschichtendioden, Transistoren, integrierten Schaltungen od. dgl., beispielsweise zur Dotierung, Diffusionsverfahren anzuwenden. Hierbei wird ein Diffusionsrohr aus Quarzglas verwendet, welches in einem elektrisch beheizten Glühofen angeordnet ist. In dem DiiTusionsrohr, welches die /u dotierenden Halbleiterkristallc enthält, wird die zur Dotierung der Halblcitcrkristalle vorbestimmte Ciasatmosphäre bei vorgegebener Diffusionstemperatur aufrechterhalten.
Aus der französischen Patentschrift 1 293 554 ist ein Diffusionsrohr aus Quarz bekannt, welches auf seiner Außenseite mit einem Überzug versehen ist. Dieser Überzug wird bei der Behandlungstemperatur der Halbleiterkristalle schmelzflüssig. Hierdurch soll verhindert werden, daß Verunreinigungen durch das Quarz-Diffusionsiohr hindurch in den Halbleiterbehandlungsraum, d. h. in. den vom Quarzrohr umhüllten Raum, eindiffundieren können.
Es wurde festgestellt, daß die bisher verwendeten, ständig im Glühofen verbleibenden Diffusionsrohre aus Quarzglas einen Nachteil besitzen. Dieser Nachteil besteht darin, daß das Diffusionsrohr sich plastisch sehr wesentlich verformt, wenn die Diffusionstemperatur zu hoch gewählt wird. Die Folge dieser Verformung ist, daß die mit den Halbleiterkristallen beschickten Trägerhorden nicht mehr in das Diffusionsröhr hineinpassen, so daß ein häufiges Auswechseln des Diffusionsrohres unvermeidlich ist.
Aus der USA.-Patentschrift 3 275493 ist es bekannt, die mechanische Festigkeit von Glaskörpern dadurch zu erhöhen, daß der Glaskörper mit einer unter Druckspannung stehenden Mischkristallschicht, wie Dichroit-Kristallschicht, versehen wird. Auf das Gebiet der Quarzglas-Diffusionsrohre ist dieser Gedanke deshalb nicht übertragbar, weil bei den hohen Verwendungstemperaturen von mehr als 1000° C die Mischkristallschicht weich wird und die in dieser Schicht vorhandenen Druckspannungen sich ausgleichen würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Quarzglasrohr, insbesondere für die Durchführung halb'.eitertechnologischer Verfahren, zu schaffen, welches Temperaturen von mehr als 10000C ausgesetzt werden kann, ohne daß die Gefahr einer störenden Verformung besteht.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Quarzglasrohr, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches einer Temperatur von mehr als 1000° C aussetzbar ist und auf seiner Außenseite einen Überzug aufweist, erfindungsgemäß dadurch, daß wenigstens derjenige Teil des Quarzglasrohres, welcher der Temperatur von mehr als 10000C ausgesetzt wird, einen Überzug, bestehend aus einer zusammenhängenden feinkristallinen Cristobalit-Schicht, aufweist, deren Dicke kleiner als 1 % der Wandstärke des Quarzglasrohres im Bereich des Überzuges ist.
Die zusammenhängende, feinkristalline Cristobalit-Schicht enthält vorteilhafterweise weniger als 5 · IO17 Keimbildneratome pro cm2. Als Keimbildneratome haben sich insbesondere solche Stoffe bewährt, welche die Diffusionsprozesse der Halbleitertechnik nicht stören, also keine Halbleitergifte sind. Darüber hinaus soll die Diffusionsgeschwindigkeit der keimbildenden Stoffe im Quarzglas bei Temperaturen von mehr als 1000° C klein sein gegenüber der von Natrium. Geeignet sind als keimbüdende Stoffe insbesondere Elemente mit großem Ionenradius, wie beispielsweise Zink, Magnesium, Calzium, Zirkonium oder Zinn. Es war überraschend, daß die erfindungsgemäßen Quarzglasrohre mit dem sehr dünnen zusammenhängenden, feinkristallinen Cristobalit-Überzug beim Überschreiten einer Temperaturschwelle im Bereich von etwa 300" C, gleichgültig ob von unten oder von oben hcT, nicht zu Bruch gehen, weil, wie an sich bekannt, Cristobalit in diesem Temperaturbereich infolge einer Modifikationsänderung einen Sprung im Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, daß die Überzugsschicht aus feinkristallinem Cristobalit außerordentlich dünn ist.
Die erfindungsgemäßen Quarzglasrohre mit dem feinkristallinen, zusammenhängenden Cristobalit-Überzug haben auch während längerer Verweil-
zeit von einigen Wochen bei Temperaturen, welche bis etwa 1300uC reichten, keine störenden plastischen Verformungen gezeigt. Die besonders gute mechanische Festigkeit der erfindungsgemäßen Quarzglasrohre auch bei Temperaturen von mehr als 1000° C ist wahrscheinlich damit zu erklären, daß die aufgebrachte feinkristalline Cristobalit-Schicht zusammenhängend ist und die Cristobalit-Kristalle bei hohen Temperaturen noch wachsen.
Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, auf die Cristobalit-Schicht eine Schutzschicht aufzubringen. Damit wird vermieden, daß beispielsweise von der Muffel des Glühofens während der Aufheizung des Quarzglasrohres auf die Temperatur, bei welcher die Halbleiterdoticrung durchgeführt wird, Verunreinigungen in das Quarzglasrohr hineingelangen, welche darin unerwünschte Kristallationsprozesse auslösen würden. Als Überzugsstoffe für die Schutzschicht haben sich solche bewährt, die bei Temperatüren von etwa 1300" C noch nicht allzusehr verdampfen, aber bereits ein plastisches Verhalten zeigen. Als geeignet haben sich beispielsweise Germaniumoxid, Mischungen aus Germaniumoxid und Siliziumcxid oder Mischgläser erwiesen.
Vorteiihafterweise bringt man die Cristobalit-Schicht nur auf diejenigen Teile des Quarzglasrohres auf, welche den hohen Temperaturen von mehr als 1000° C ausgesetzt werden. Durch die teilweise Beschichtung des Quarzglasrohres bleibt beispielsweise die Möglichkeit erhalsen, an den unbeschichteten Stellen, insbesondere den Rohrenden, Quarzglasschliffe
ίο oder andere Quarzglasteile anzusetzen.
Die Herstellung von mit einer Cristobalit-Schicht versehenen Quarzglasrohren kann beispielsweise so erfolgen, daß man reinsten Cristobalit in Pulverform auf das Quarzglasrohr aufstäubt und mittels einer Flamme oder in einem Ofen in die Quarzglasoberfläche einbrennt und gegebenenfalls das Quarzglasrohr so lange auf hoher Temperatur hält, bis die eingebrannten Keime zu einer zusammenhängenden, feinkristallinen Schicht verwachsen sind. Bei einem
ao Quarzglasrohr, dessen Wandstärke im Bereich des Cristobalit-Überzuges etwa 2 mm beträgt, beträgt die Dicke der Cristobalit-Schicht weniger als 0,02 mm.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Quarzglasrohr mit auf der Außenfläche aufgebrachtem Überzug zur Verwendung bei Temperaturen über 10000C, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens derjenige Teil des Quarzglasrohres, welcher der Temperatur von mehr als 1000° C ausgesetzt wird, einen Überzug, bestehend aus einer zusammenhängenden, feinkristallinen Cristobalit-Schicht, aufweist, dessen Dicke kleiner als 1 % der Wandstärke des Quarzglasrohres im Bereich des Überzuges ist.
2. Quarzglasrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Cristobalit-Schicht aus in die Oberfläche des Quarzglasrohres eingebranntem reinem Cristobalit-Pulver besteht.
3. Quaryglasrohr nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß die Cristobalit-Schicht weniger als 5 · 1017 Kleinbildneratome pro cm* enthält.
4. Quarzglasrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleinbildneratome aus einem Stoff bestehen, dessen Diffusionsgeschwin- as digkeit in Quarzglas bei Temperaturen von mehr als 10000C klein ist gegenüber derjenigen von Natrium.
5. Quarzglasrohr nach den Ansprüchen 3 und/ oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kleinbildneratome aus Zink, Magnesium, Calzium, Zirkonium oder Zinn bestehen.
6. Quarzglasrohr nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Cristobalit-Schicht eine Schutzschicht aufgebracht ist.
7. Quarzglasrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus Germaniumoxid, einer Mischung aus Germaniumoxid und Siliziumoxiden oder aus einem Mischglas besteht, welches bei einer Temperatur von etwa 1300° C plastisch ist.
DE19681771077 1968-02-22 1968-03-30 Quarzglasrohr mit auf der Außenfläche angebrachtem Überzug zur Verwendung bei Temperaturen über 1000 Grad C, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren Expired DE1771077C (de)

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