DE1771077C - Quartz glass tube with a coating applied to the outer surface for use at temperatures above 1000 degrees C, in particular for carrying out semiconductor technology processes - Google Patents
Quartz glass tube with a coating applied to the outer surface for use at temperatures above 1000 degrees C, in particular for carrying out semiconductor technology processesInfo
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Description
4545
Die Erfindung betriff· ein Quarzglasrohr, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches auf der Außenfläche einen Überzug aufweist.The invention relates to a quartz glass tube, in particular for implementing semiconductor technology Process which has a coating on the outer surface.
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 Diffusionsrohr, welches die zu dotierenden Halbleiterkristalle enthält, wird die zur Dotierung der Halbleiterkristalle vorbestimmte Gasatmosphäre bei vorgegebener Diffusionstemperatur aufrechterhalten. It is known that in the manufacture of semiconductor components such as diodes, four-layer diodes, Transistors, integrated circuits or the like, for example for doping, to use diffusion processes. Here, a diffusion tube made of quartz glass is used, which is electrically heated in an Annealing furnace is arranged. In the diffusion tube, which contains the semiconductor crystals to be doped, the gas atmosphere predetermined for doping the semiconductor crystals is maintained at a predetermined diffusion temperature.
Aus der französisch η 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 Haibleilerkristalle schmelzflüssig. Hierdurch soll verhindert werden, daß Verunreinigungen durch das Quarz-Diffusionsrohr hindurch in den Halbleiterbehandlungsraum, d. h. in den vom Quarzrohr umhüllten Raum, eindiffundieren können.From the French η patent specification 1 293 554 is a diffusion tube made of quartz known, which is provided on its outside with a coating. This coating becomes molten at the treatment temperature of the semiconductor crystals. This is supposed to prevent impurities from entering the semiconductor treatment room through the quartz diffusion tube, d. H. can diffuse into the space enclosed by the quartz tube.
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 Diffusionsrohr hineinpassen, so daß ein häufiges Auswechseln des Diffusionsrohres unvermeidlich ist.It was found that the diffusion tubes used hitherto remained permanently in the annealing furnace made of quartz glass have a disadvantage. This disadvantage is that the diffusion tube becomes plastic deformed very significantly if the diffusion temperature is chosen too high. The consequence of this Deformation is that the carrier trays charged with the semiconductor crystals no longer enter the diffusion tube fit in so that frequent replacement of the diffusion tube is inevitable.
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 wurden.From the United States patent specification 3 275493 it is known to increase the mechanical strength of glass bodies in that the glass body with an under Compressive stress standing mixed crystal layer, such as dichroic crystal layer, is provided. On the This idea is the area of quartz glass diffusion tubes therefore not transferable, because at the high usage temperatures of more than 1000 ° C the The mixed crystal layer becomes soft and the compressive stresses present in this layer are balanced out became.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Quarzglasrohr, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, zu schaffen, welches Temperaturen von mehr als 1000° C ausgesetzt werden kann, ohne daß die Gefahr einer störenden Verformung besteht.The invention is based on the object of a quartz glass tube, in particular for implementation semiconductor technology processes to create which are exposed to temperatures of more than 1000 ° C can be without the risk of disruptive deformation.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Quareglasrohr. insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches einer Temperatur von mehr als 10(X)0C aussetzbar ist und auf seiner Außenseite einen Überzug aufweist, erfindungsgemäß dadurch, daß wenigstens derjenige Teil des Quarzglasrohres, welcher der Temperatur von mehr als 1000" C ausgesetzt wird, einen Überzug, bestehend aus einer zusammenhängenden feinkristaüinen Cristobalit-Schicht, aufweist, deren Dicke kleiner als 1 0Zo der Wandstärke des Quarzglasrohres im Bereich des Überzuges ist.This task is solved by a quartz glass tube. in particular for the implementation of semiconductor technology processes which can be exposed to a temperature of more than 10 (X) 0 C and has a coating on its outside, according to the invention in that at least that part of the quartz glass tube which is exposed to the temperature of more than 1000 ° C , has a coating consisting of a coherent fine-crystalline cristobalite layer, the thickness of which is less than 1 0 zo of the wall thickness of the quartz glass tube in the area of the coating.
Die zusammenhängende, feinkristalline Cristobalit-Schicht enthält vorteilhafterweise weniger als 5 · 1017 Keimbildneratome pro cm2. Als Keimbildneratonu 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 keimbildende Stoffe insbesondere Elemente mit großem Ionenradius, wie beispielsweise Zink, Magnesium, Calzium, Zirkonium oder Zinn. Es war überraschend, daß die erfindungsgemäßer! 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 her, 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.The cohesive, finely crystalline cristobalite layer advantageously contains less than 5 · 10 17 nucleating agent atoms per cm 2 . Substances that do not interfere with the diffusion processes of semiconductor technology, i.e. are not semiconductor poisons, have proven themselves as nucleating agents. In addition, the rate of diffusion of the nucleating substances in quartz glass at temperatures of more than 1000 ° C should be slow compared to that of sodium. Elements with a large ionic radius, such as zinc, magnesium, calcium, zirconium or tin, are particularly suitable as nucleating substances. It was surprising that the! Quartz glass tubes with the very thin, coherent, finely crystalline cristobalite coating do not break when a temperature threshold in the range of about 300 ° C is exceeded, regardless of whether from below or from above, because, as is known per se, cristobalite in this temperature range as a result of a Modification change has a jump in the expansion coefficient. This is presumably due to the fact that the coating layer of finely crystalline cristobalite is extremely thin.
Die erfindungsgemäßen Quarzglasrohre mit dem feinkristallinen, zusammenhängenden Cristobalit-Überzug haben auch während längerer Verweil· The quartz glass tubes according to the invention with the finely crystalline, coherent cristobalite coating also have a longer dwell time
zeit von einigen Wochen bei Temperaturen, welche bis etwa 13000C 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.period of several weeks at temperatures which ranged up to about 1300 0 C, no disturbing plastic deformations shown The particularly good mechanical strength of the inventive silica glass tubes at temperatures of more than 1000 ° C is likely to be explained by the fact that the applied fine crystalline cristobalite layer is coherent and the cristobalite crystals still grow at high temperatures.
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 Quarcglasrohres auf die Temperatur, bei welcher die Halbleiterdotierung durchgeführt wird, Verunreinigungen in das Quarzglasrohr hineingelangen, welche darin unerwünschte Kristallationsprozesse auslösen wurden. Als Überzugsstoffe für die Schutzschicht haben sich solche bewährt, die bei Temperaturen von etwa 1300° C noch nicht allzusehr verdampfen, aber bereits ein plastisches Verhalten zeigen. Als geeignet haben sich beispielsweise Germaniumoxid, Mischungen aus Germaniumoxid und Siliziumoxid oder Mischgläser erwiesen.It has proven to be very advantageous to apply a protective layer to the cristobalite layer. This avoids that, for example, from the muffle of the annealing furnace during the heating of the Quartz glass tube to the temperature at which the semiconductor doping is carried out, impurities get into the quartz glass tube, which trigger undesired crystallization processes in it became. As covering materials for the protective layer, those that have proven effective at temperatures of about 1300 ° C does not evaporate too much, but already show a plastic behavior. As suitable have for example germanium oxide, mixtures of germanium oxide and silicon oxide or Mixed glasses proved.
Vorteilhafterweise bringt man die Cristobalit-Schicht nur auf diejenigen Teile des QuarzglasrohresThe cristobalite layer is advantageously only applied to those parts of the quartz glass tube
auf. welche den hohen Temperaturen von mehr als 1000° C ausgesetzt werden. Durch die teilweise Beschichtung des Quarzglasrohres bleibt beispielsweise die Möglichkeit erhalten, an den unbeschichteten Stellen, insbesondere den Rohrenden, Quarzglasschliffeon. which are exposed to high temperatures of more than 1000 ° C. Due to the partial coating of the quartz glass tube, for example, there is still the possibility of especially the pipe ends, quartz glass cuts
ίο oder andere Quarzglasteile anzusetzen.ίο or other quartz glass parts.
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 einerThe production of quartz glass tubes provided with a cristobalite layer can for example be done in this way take place that you dust the purest cristobalite in powder form on the quartz glass tube and by means of a
Flamme oder in einem Ofen in die Quarzglasoberfläche einbrennt und gegebenenfalls das Quarzglasrohr so lange auf hoher Temperatur hält, bis die einge-• brannten Keime zu einer zusammenhängenden, feinkristaliinen Schicht verwachsen sind. Bei einemFlame or in an oven burns into the quartz glass surface and, if necessary, the quartz glass tube Holds at a high temperature until the • burned-in germs form a coherent, fine-crystalline Layer are grown together. At a
so Quarzglasrohr, dessen Wandstärke im Bereich des Cristobalit-Überzuges etwa 2 mm beträgt, beträgt die Dicke der Cristobalit-Schicht weniger als 0,02 mm.so quartz glass tube whose wall thickness is in the range of Cristobalite coating is about 2 mm, the thickness of the cristobalite layer is less than 0.02 mm.
Claims (7)
Priority Applications (8)
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| DE19681771077 DE1771077C (en) | 1968-03-30 | Quartz glass tube with a coating applied to the outer surface for use at temperatures above 1000 degrees C, in particular for carrying out semiconductor technology processes | |
| GB1563969A GB1255551A (en) | 1968-03-30 | 1969-03-25 | Improvements in or relating to externally coated fused silica tube |
| CH458269A CH514512A (en) | 1968-03-30 | 1969-03-26 | Quartz glass tube with coating |
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| US383432A US3927697A (en) | 1968-02-22 | 1973-07-27 | Quartz glass elements |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
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| DE1771077A1 DE1771077A1 (en) | 1972-01-13 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2843261A1 (en) * | 1978-10-04 | 1980-04-10 | Heraeus Schott Quarzschmelze | METHOD FOR HEAT TREATING SEMICONDUCTOR COMPONENTS |
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