DE1934931A1

DE1934931A1 - Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus aeusserst reinem Metalloxyd und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1934931A1
Application number: DE19691934931
Authority: DE
Inventors: Carrell Michael Andrew
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1968-07-11
Filing date: 1969-07-10
Publication date: 1970-01-15
Also published as: GB1272143A; NL6910692A; JPS4925416B1; FR2012729A1; US3565346A

Description

!TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED
13500 North Central Expressway
Dallas, Texas, YiSt.A.

Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus äusserst reinem Metalloxyd und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens«,

Die Erfindung ,betrifft die Erzeugung von Me.talloxyd durch Zersetzung, von flüchtigen Metallchloriden und insbesondere die Abscheidung von Metalloxyd auf einem Substrat durch, eine mittels einer Flamme in der Gasphase durchgeführte Hydrolyse von flüchtigen, wasserfreien Chloriden von metallischen Elementen der Gruppen III- und IV des Periodensystems, beispielsweise SLiziumtetrachlorid, Titantetraclilorid, Alurainittmt£i chlorid und Zinntetrachlorid.

Bei.der Herstellung.gewisser Halbleiterbauelemente wird einkristallines; -Silizium aus einer Siliziümschmelgg gezogen. Es hat /sich; gezeigt^ dass weg<gn der zur Erzeugung einer SiliziujDSchmelae notwendigem extres höhen Temperaturen beträchtliche Mengen des Materials_s aus,"-"dem der Schmelztiegel hergestellt ist, in der Schmelze aufgelöst werden_e Daher dringen im Schmelztiegel ettthaltene Veru&relnigungen in das gezogene sioteristalline Silicium eine Es hat sich daher als vorteilhaft erwieseo, den S-iliziumschraelstiegel aus sehr reinem SiliziuodiOxyd herzustMlen« Es ist ausserdem. äusserst wichtig, aus der Silizi^umschmelze einen

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gleichmässigen Zug zu erzeugen, so dass es notwendig ist, dass der Schmelztiegel sehr gleichmässige Seitenwände und eine symmetrische Form besitzt., damit während des Ziehvorgangs als Folge von Unregelmäs.sigkeiten der Schmelztiegelform auftretende plötzliche Änderungen des Spiegels der Schmelze vermieden werden. - -

Zur Herstellung von Gegenständen aus Siliziumdioxyd ' sind bisher bereits verschiedene Verfahren erfunden worden. So ist beispielsweise in der USA-^Patentschrift 3 117 858 die Verwendung eines Flammenbrenners zur Oxydation einer.Gasmischung beschrieben, die Silan in einem "reaktionsfähigen Gas enthält, damit geschmolzenes Siliziumdioxyd hergestellt wird,-das dann auf eine kohlenstoffform gelenkt wird j um einen Körper aus durchsichtigem Siliziumdioxyd aufwachsen zu lassen. Ausserdem ist in der US.'-Patentschrift 2 272 342 die Herstellung eines durchsichtigen Gegenstandes aus Siliziumdioxyd durch Verdampfung von Siliziumfluorid oder Siliziuratetrachlorid und: durch Zersetzung des Dampfs in einer !lamme beschrieben. Die Flamme wird dann auf einen feuerfesten Kern gelenkt, damit sich eine. Schicht aus Siliziumdioxyd abscheidet, das daraufhin durch Anwendung einer hohen Temperatur zu einem durchsichtigen Gegenstand gesintert wird« Zur Herstellung von Gegenständen aus extrem reinem Siliziumdioxyd mit dem gewünschten gleichraassigen _; Aufbau und der für die Verwendung als Schmelztiegel notwendigen Festigkeit sind die bisher entwickelten Verfahren jedoch nicht zufriedenstellend gewesen. ■

Es ist bereis bekannt gewesenv dass man aus flüchtigen Metallchloriden rein abgeschiedenes Matalloxyd herstellen kann, indem ein Strahl aus^ dem v/eräaiapften Γ

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flüchtigen Metallchlorid durch eineDüse in einen Reaktor abgegeben wird,- und zur. Unterstützung der Verbrennung Sauerstoff und andere Gase zugeführt werden. Die Gas^- strahlen werden dann im Reaktor gezündet, damit das .flüchtige Ketallchlorid zur Herstellung eines rein abgeschiedenen Oxyds, das cfann "aas dem Boden des Reaktors herausgenommen wird,_; zersetzt und oxydiert wird. Damit sich die Düse infolge des Aufbaus von Kristallen aus dem flüchtigen Metallchlorid nicht : zusetzt, hat man bisher zwischen dem brennbaren Gas und dem verdampften flüchtigen Metallchlorid eine Schicht aus einem relativ inerten Gas vorgesehen. Beispiele ^

solcher Anordnungen sind in den USA-Patentschriften , 2 24C 343 , 2 394 633 und 2 823 S82 beschrieben.

Solche bisher bekannten Brenner waren im allgemeinen nur in einer Reactionskammer zur Herstellung loser, pulverförmiger Cxyde brauchbar und ergaben bei der Herstellung der Oxyde oft einen niedrigeren v\irkung3- ' ■ grad, als es erwünscht war. Man nimmt an, dass ein ■" . Grund für diesen niedrigen Wirkungsgrad auf. .der Satsache beruht, dass verhältnismässig grosse.Mengen des verdampften Metallehlorids in grossen Strömungsmengen durch weite Brenneröffnungen abgegeben worden sind, woraus sich ein ungleichraassiger Zontakt der verschiedenen ä

Gasmischungen in gewissen Bereichen der Flamme ergab. Darüberhinaus.fanden bei solchen "Erfahren im allgemeinen Gx3>-dat ions vorgänge; und keine-Hydrolysevorgänge der ".. flüchtigen Ketallchloride statt. Aus-diesen und aus anderen Grunden_;waren solche Brenner im allgemeinen ausserhalb solcher Reaktionskammern zur direkten Ab- . scheidung von- Siliziumdioxyd auf Dornen nicht brauchbar, weh« ein grosser,Abscheidungswirkungsgrad und eine ■ "... ' '. ' ebene Abscheidung des Siliziumdioxyds, erforderlich waren. ■ .■ ■ "■_..."'"· ■"-'-." - -'' ~

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Geraass der Erfindung wird ein flüchtiges Metallchlorid verdampft, in einem Irägergas mitgeführt und dann von einer. Düsenöffnung abgegeben. Symmetrisch um den von der ■ Düsenöffnung abgegebenen Strahl wird eine Strömung aus brennbarem Gas erzeugt, wobei die Wechselwirkung zwischen den zwei Strömungen in einem vorbestimmten Bereich dicht : bei der Düsenöffnung verhindert wird. Die Strömungen werden in einer Reaktionszone zur Bildung einer !flamme gezündet, die auf einen Dorn gelenkt wirft, damit sich auf diesem ein Gegenstand aus sehr reinem Oxyd direkt abschei-: det. ; -

Durch die Erfindung wird insbesondere ein Brennergeschaffen, der mit einer Mitteldurchführung versehen ist, die in einem Trägergas mitgeführtes gasförmiges Siliziuratetra- " Chlorid aufnehmen kann. An einem Ende dieser Mitteldurchführung ist eine Düsenöffnung angebracht, mit der ein _■:■ Ausgangsdüsenst-rahl aus dem im Trägergas mitgeführten gasförmigen Siliziumtetrachlorid erzeugt wird. In dem Brenner ist eine Mantelkammer mit einem 3inlass zur Aufnahm'e~ eines sauerstoffhaltigen Gases angebracht, die eine konzentrisch um die iJüsenöff nung verlaufende ringförmige Öffnung besitzt, die rund um den Düsenstrahl einen'kreisförmigen Strom aus dem sauerstoffhaltigen Ga3 abgibt. . . , Um die Mantelkammer ist eine Misch kammer innerhalb, des * Brennerkörpers angebracht, die mit Einlassöffnungen für Wasserstoff und für sauerstoffhalt ige Gase.versehen _: ist. Um die .ringförmige Mantel öffnung sind mehrere -. Auslassöffnungen symmetrisch angeordnet, die.- Ströme _;. >aus einer gasförmigetf, brennbaren Miscjiung abgeben, die die Z^;induhg des Brenners ermöglichen.und die gegen - _; : einen Dorn gelenkt sind,, damit sich auf diesem äusserst "; -' reines Siliziumdioxyd. abscheidet.. , - _;. / 7.^ - . ■. .

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.Darin zeigen:

Fig.1 eine schematische Ansicht einer mit dem hier ' · beschriebenen Brenner durchgeführten Herstellung eines Siliziumdioxydschmelztiegels auf einem sich : drehenden Dorn, . . /

Pig.2 eine Ausführungsform des- Brenners, . ■-

Fig.3 eine Stirnansicht der Düsenplatte des in Fig,2 . | dargestellten Brenners, .-■■'.' .

Fig.4 eine Seitenschnit'tansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brenners,

Fig.5 eine Stirnansicht des Brenners von Fig.4-, in der seine Düsen dargestellt sind und --■

Fig.6 eine Schnittansicht in wesentlichen längs der Linie 6-6 von Fig.4.

Der in Fig. 1: dargestellte Brenner 10 liefert eine Flamme zur Erzielung einer in der Gasphase erfolgenden Hydrolyse \ eines gasforraigeη, flüchtigen HetalIchlorids zur Herstellung eines Metalloxyds,- das,auf einem sich drehenden Dorn 12 abgeschieilen wird. Ig der hler beyorzugten Ausführungsform äerEEfindüng wird Siliziumtetrachlorid zur"Herstellung von SilisiiiaidlOxyd gemäss der folgenden · Gleichung zersetsts _ .^ ' ; ■'; ; .

■ SiCl^+ "'2H₂O--*- SiO₂ + 4H01 ..'■■■■' ..;,;■' _:

Die alt dem Brenner 10 erzeugte Flamme ist scheaatisoh so dargestelltj dass sie einen sehr heissen Mittelbereich 14 besitzt, ,in d-,em ein Strahl -16 aus verdampftes Silizium- ^;: tetrachlorid mit einem 'konzentrisch dazu verlaufenden

— β - : . ■■- :

Strahl 18 as brennbarem Gas aus einer Mischung von Sauerstoff und. "Wasserstoff reagiert. Die Strahlen 16 und reagieren in einem gewissen Abstand unterhalb der Düse des Brenners 10 in einer Reaktionszone, die in einer kurzen Entfernung von der Dtise des Brenners 10 liegt. Dieser Abstand'der Reaktioaszone von der Brennerdüse ist infolge der Erzeugung einer Mantelgasströautig 20 um den Strahl 16 aus Siliziumtetrachlorid vorhanden, wie unten noch genauer beschrieben wird.

Der Dorn 12 besteht vorzugsweise aus Graphit, und seine Oberfläche kann mit einer Hartmetallschicht überzogen sein. Der Dorn 12 wird in Richtung des Pfeils 22 gedreht und in Richtung des Pfeils 24 verschoben, während der Brenner 10 ortsfest ist* Wenn sich der D_orn am ortsfesten Brenner 10 vorbeibewegt, wird ein Siliziumdioxydgegenstand auf ihm abgeschieden. Die Versehiebungsgeschwindigkeit desDorns 12 hängt von der gewünschten ' Dicke des Siliziuradioxydgegenstandes und von Parametern der Brennerflamme, beispielsweise den Strömungsraengen der verschiedenen Gase u.dgl. ab. Nachdem der Silizium-■';.-dioxydgegenstand in der gewünschten Dicke, auf dem Dorn 12 abgeschieden worden 1st, wird der Gegenstand abgenommen und mit verschiedenen gewünschten Verfahrensschritten zur Herstellung des endgültigen !Erzeugnisses bearbeitet. Es hat sich gezeigt, dass die (Segenstände eine ausrelcheade Rohfestigfceit besitzen, äie eine Abnahme vom Dorn erlaubt, weil die Siliziumdioxydteilchen: während der Ab— scheidung in einem geringen Ma-ss gesintert werden« In manchen Fällen kann raan eine eigene "aerkömraliche Brennerflamme nach der Abscheidung des'Gegenstandes > auf diesen richten, damit die Erzielang einer ausreichenden Rohfestigkeit sichergestellt wird. Dieses Verfahren ergibt ausgezeichnete Siliziumdioxydschmelztiegel mit glatten

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Wand fläche n und symmetrischen." Formen , die beim Ziehen von einkristallinen Halbleitern verwendet werden können.

"In Pig.2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Brenners 10 im einzelnen genauer dargestellt Durch den Brenner 10 erstreckt sich ein Rohr 30 aus Edelstahl, das einen Durchlass für in einem Trägergas mitgeführtes, -verdampftes Siliziumtetrachlorid bildet. Ein T-Anschluss 32 ist um das Rohr 30 gelegt, und es ist mit Hilfe des Verschlussteils 34 dicht mit diesem R_ohr 30 verbunden. Ein über einem Rohr 38 aus Edelstahl sitzendesVerbindungsteil 36 bildet eine Dichtung zwischen dem 2nde des Rohrs 38 und dem Rohr 30. Auf diese Weise entsteht zwischen dem Rohr 30 und dem Rohr 38 eine ringförmige Kantel kammer 40. Ein Einlass 42 des !-Anschlusses 32 ist mit einer Quelle eines hier aus einem sauerstoffhalt igen Gas bestehenden Mantelgases verbunden, so dass das Kantelgas in die Kantelkammer 40 eingeführt wird. Bei einem tatsächlich ausgeführten Brenner wurden ein Rohr-3^ aus Edelstahl mit einem Durchmessa? von 0,6 cm (0,25 inch) und ein Rohr 38 aus Edelstahl mit einem Durchmesser von 1 cm (3/8 inch) verwendet.

Ein Abstandsring 44 bildet eine Strömüngsmittetdichtung zwischen den Rohr 38 und einem Ende.eines Gehäuses 46. Das Gehäuse 46 nimmt ein Rohr 48 auf, das um das Rohr eine ringförmige Mi sch kam cn er 50 bildet. Ein Γ inlass 52 ist mit einer Wasserstoffquelle verbunden, während ein Einlass 54 an eine Sauerstoffquelle angeschlossen ist. Das Gehäuse46 besitzt einen Abschnitt 56,„ mit grossem Durchmesser, der eine ringförmige Kühlkammer um das Rohr 48 umschliesst.Ein Einlass 58 ist mit einer Quelle eines Kühlmittels, beispielsweise Kühlwasser , verbunden, das über einen Auslass 60 wieder abströmen kann..Bei einem praktisch ausgeführten Brenner TO bestand der Abschnitt

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des -Gehäuses- 46 mit kleinerem Durchmesser aus Edelstahl, während dor Abschnitt 56 mit dem grösseren Durchmesser aus Messing bestand, damit sein Korrodieren durch das Kühlmittel verhindert wurde. Bei dieser Ausführungsfora des Brenners hatte das aus Edelstahl hergestellte Rohr 48 einen Durchmesser von 2,9 cm (1-1/8 inch). Die Gesamtlänge des Brenners betrug in dieser Ausführungsform etwa 23 cm (9 inches).

Auf dem Ende des Brenners 10 sitzt die¹ Düsenplatte Wie aus Fig.2 und Ij.g.3 hervorgeht, besitzt die Düsenplatte

Wk 62 ein kreisförmiges Teil, das zur Bildung einer strömungsmitteldichten Verbindung mit dem Brenner mit umgebogenen Planschen 64 versehen ist. Das Ende des Rohrs 30 ist mit einer in der Mitte liegenden Düsenöffnung 66 ausgestattet. Eine öffnung in der Düsenplatte 62 nimmt das Ende des Rohrs 30 auf, so dass eine ringförmige Mantelöffnung gebildet wird, die konzentrisch zur Düsenöffnung 66 verläuft und einen wesentlich grösseren Querschnitt als die Büsenöffnung 66 besitzt. Der Querschnitt der Düsenöffnung 66 ist wesentlich kleiner als der Innencuerschnitt des Rohrs 33, so dass aus der Düsenöffnung ein Gasstrahl mit einer relativ hohen Geschwindigkeit strömt. Das aus der konzentrischen Mantelöffnung 68

W strömende Gas hüllt den aus der Düsenöffnung 66 strömenden Gasstrahl im wesentlichen ein, damit dessen sofortige Reaktion verhindert wird. Dadurch wird eine Kristallanhäufung auf der Stirnfläche der Düsenplatte 62 herabgesetzt, und'ihr Verstopfen wird verhindert.

Symmetrisch um die Düsenöffnung 66 verlaufen in einer zylindrischen Anordnung mehrere Öffnungen 70, die mit der Mischkammer 50 in Verbindung stehen. Das in der Mischkammer.5C enthaltene brennbare Gas strömt aus

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detx .ö-ffhungen 7'0 und -reagiert mit dem aus-der· Düsenöffnitng:,ϋ·&. strömenden;Gasstrahl . Bei einer -bevorzugten" Ausführu.ng3f orm des- Brenners-" waren-a.cht. Cf fηiingeη -70 vorgesehen,_;deren Querschnitt jeweils gleich dem Querschnitt der Düse,n öffnung 66- war.· Bei' dieser praktisch a us ge fuhr ten Porra.de-s. Brenners, erwiesen sich für die'· Öffnungen 66 und -70 Durchmesser von 0,16 cm (0,063 inch) 'als vorteilhaft. Bei verschiedenen Betriebsbedingungen können die öffnungen 70 auch in grösserer Anzahl oder mit grösseren Durchmessern verwendet werden. - - - ' ' "

Den Eingängen ,von.drei-Stromungsaessern 74, 7ß und 73 -' · wird über eine Leitung 72 Sauerstoff zugeführt. Eine Säuerstoffquellegibt über eine Leitung 80 an einen · Strömungsmesser.82 Wasserstoff ab. Der- Sauerstoff und der Wasserstoff.-wieräen vor dem Eintritt in die StröKungsmesse-rgetrocknet* An den Ausgängen jedes Strömung-smessers sind Abs-perrorgane angebracht, die eine Regulie-' , rung der Strömungsmengen des' -Wasserstoffs und des Sauerstoffs 3ur Anordnung erlauben-. Über eine L-eitung 34 wird einer Glocke 86 (bubbler) Sauerstoff zugeführt. Die ■ Glocke 86. besitzt einen, mit· flüssigem S'iTizlümxetrachlorid. gefüllten Behälter*- Ein 1/if fusions element SB gibt den Sauerstoff in Bläschen nach oben" durch da-s - ■'■'--SilisiumtötrachlOrid ab, wodurch Siliziumtetrachlori'd- - dämpfe in dem-Säuerstoff mitgeführt und durch die Leitung. 90.-.nach, aus se η befördert werden. '-'■--

I)±e Leitung 90 ist -an, das Rohr 30 afigeschlossen, so dasseine bemesaene Strömung des in Sauerstoffträgergas mitgeführten verdappf ten Silizi'umtetrachlorids erzeugt' wird;;^:' Durch den Strömungsmesser 74 wird auch-.dem-Einlass 42

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- 10 - . . ■■

des '!-Anschlusses 32 über eine -Leitung 92 Sauerstoff
zugeführt; Der * Sauerstoff' strömt dauer- lh die Mantel'--... ;.--■--;" ka m ra e r 40 u rid a us d e r 'r i ng f Ö r m i g en· Ka nt el 'ö£ f n-ung -63. "' ■^v -." in der oben beschriebenen Vfeise- nach' auss'eni'. - --' -. ":...:■.·.:

Ausserdem wird der einlass-54 über eine Leitung- 94"- - ■"'■■"·■-mit Sauerstoff beschickt, damit er" in die i^vii3)hkammer 50
eindringt.' Durch'den StröaungsEiss'ser ^;82' wir'ä' der- Einlass -'" 52 über' eine Leitung 96 ait Wasserstoff- beschickt, -damit', er sieh' mit dea Sauerstoff innerhalb der -Mischkamme-r 5"ö verraisclit.' Durch die öffnungen" 70 wiri äa-nn' eine Mischung ·.".. '-.: aus brennbarem Gas in der besch-riabe'tfen. Weise 'nach-■'— · *'·^ aussen abgegeben.' Da der Wasserstoff ^:uhd der Sauer- ""'.'.:.--·,',-· stoff in der; kleinen Hi'schkammör^: 5ö- innerhalb des brenner a '-■-gemischt werden, ist ein .Zurückschlagen bei dea'hier - ■'«' :. beschriebenen Brenner auf da-s Innere des Brenners ·'
■ selbst-'begrenzt. - · .--." ^: " ■"■ ""■'"■" - ' · ·^: ' " ^:

In Pig.4 bis 6 ist eine weitere Ausführungsfore der* - ' ■''■■> Erfindung dargestellt, bei der'eine^;Vielzahl von Flasmen
vorgesehen ist. Tn ei needle tall block -100 -1st eine ^all··^ ■-■'■· gemein rechteckige Kamcer 102 angebracht, die rait " -"·"·■ :·■.-einem. Einlass 104 zur Zuführung von in einem 'Irägergas
raitgeführten SIliziuatetraehlöridd'äEpfen- versehen -ist'. - ' -^;

Von der Kammer 102 aus erstrecken sich zur gegenüberliegenden Eläche des Körpers 100 vier.,K,bhrä,..iit.ehführungen
106 bis 112. Relativ kleine Lüsenöffnungen 114 bis
120 stehen "mit "den ehtsprechend'bh-'Rohr'durchiührungen ■ · ^: - in VerbindungV damit ebenso wie' rnäer-oben·¹ beschriebenen' ■'·-" "weise 'Susenstrahlen "aus den rea-ktiönsfähigeh G33eh-.e-rzeu.gtv;-'-weraen. Im' allgemeinen Hitt eiber ei cn. aeä -Ketal It)I deks 10° - ^H -^; ist eine Karaaer 122 angebracht, die'zur Zufuhr eines- '^K-·"'■■'*^!:■;

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Kantelgases -, ,beispielsweise Sauerstoff, mit einem Liniass 124 versehen ist. Die Kammer 122 besitzt vier Kanteld urchführungen- 126 bis 132, die· das sauerstoffhaltige Gas durch ringförmige Mantel öffnungen 134 bis 140 nach aussen führen.

Innerhalb des tietallblocks 100 sind zwei Kammern 142 und 143 vorhanden, die jeweils eine Mischung aus Sauerstoff ' und V.^;asserstoff aufnehmen. Die Mischung aus- Sauerstoff und Wasserstoff wird dann durehmehrere öffnungen 144 und 145 nach aussen abgegeben, damit sie mit dem gasförmigen Siliziumtetrachlorid reagiert. Im gesündesten Z_ustand |

erzeugt der B_renner vier Flammen ,damit eine gleichmässige Abscheidung des Siliziumdioxyds-auf: einem Dorn in der oben beschriebenen tfeise erzielt wird. Zur Kühlung des Metallblocks können an seinen Seiten wassergekühlte Rohre angebracht sein. Ein aus den ringförmigen Mantel öffnungen 134 his 140 strömender V/asserstoffmantel verhindert eine Anhäufung von Kristallen auf der Stirnfläche der Düsen, so dass eine Verstopfung des Brenners während seines Betriebs verhindert wird. ·

In den folgenden Beispielen werden die hier beschriebenen Brenner und ihre Verwendung näher erläutert.

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Beispiel 1

Sin nach Pig. 2 und I ig. 3 aufgebauter Brennen· wurde an ein dem in Fig.2 dargestellten Gasversorgungssystem ähnlichen System angeschlossen und dann gezündet. Der Durchmesser der Mitteldüsenöffnung des Brenuers betrug Q_i 124 cm' (0,049 inch). Sin aus Grajait bestehender,' sich nicht drehender Dorn war in einem Abstaad, von 10 cc (4 inches)

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von der Brennerdüse angebracht. Die aus dem Brenner austretende Tlamme traf 20 Minuten lang auf den Graphitdorn. Die Flamme nteraperatür lag' in einem Abstand von etwa 0,6 cm (0,25 inch) vom Dorn in einem Bereich von 150O⁰C. Dem Brenner wurde Sauerstoff mit -1 Liter pro Minute und das in dem Sauerstoff enthaltene Siliziuar.etrachlorid mit 1,56 Litern pro Minute zugeführt.Zur. Erzeugung dieser Gasströmung wurde die in Pig.2 dargestellte Glocke auf einer Temperatur von etwa 50⁰C und bei einem Druck: von 0,35 kg pro cm (5 pounds per square inch) gehalten. Im Sauerstoffträgergas, waren in diesem Jail/60,9% Siliziuratetrachlorid enthalten.^ Zur Erzeugung einer Mantelgasausgangsströmung wurde der Mantelkammer des Brenners 1 Liter Sauerstoff pro -Minute zugeführt. Damit der Flamme die brennbare Gasmischung zugeführt wurde, wurden der Mischkammer des Brenners pro Minute 5,2 Liter Sauerstoff und 30 Liter Wasserstoff zugeführt. Der sich ergebende Strahl des gasförmigen Siliziuatetrachlorids, der an der Mitteldüsenöffnung des Brennsrs auftrat, strömt.. αit einer Geschwindigkeit von etwa 2,1.10 a/min ' _- ■ (6,9 . 10·^ feet per rainute)aus. Nach einer 20'Minuten.-, ■ dauernden Abscheidung wog die tatsächlich abgeschiedene: ■ ".viliziutndioxyümenge auf dem Grapiitdorn 35»4-, g. . Durch -, - - ■·. Vergleich der tatsächlich abgeschiedenen Silizium» : dioxydmange mit den theoretisch errechneten 'Wert -von "-.': 60,9 g ergab sich ein Abscheiäungswi.rkungsgrad von- - :

Beispiel 2 -

Bei der Verwendung des hier beschriebenen Brenners hat sich herausgestellt, üass ein unter etwa 75% liegender Prozentanteil des im Trägergas enthaltenen Siliziumtetrachlorids zu einem ausgezeichneten Abscheidungswirkungs-

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grad führte. Ein optimaler Wirkungsgrad wurde gewöhnlich bei einem unter 605a ligenden Anteil des Siliziuctetrachlorids im Trägergas erzielt. So wurde beispielsweise_ eine 20 Minuten- dauernde Abscheidung in der im Beispiel 1 beschriebenen V/eise vorgesehen; pro Minute wurde jedoch nur 0,75 Liter Tetrachlorid in einem Liter Sauerstoff mitgeführt. Dies wurde dadurch erreicht, dass die Glocke auf einer Temperatur von 39,6⁰C gehalten wurde. In diesem Pail wurden in dem der Glocke entströmenden Ga3 43/* SiIiziumtetra.ehlorid mitgeführt, das an der Glockenaü3enöffnung eine Strömungsgeschwindigkeit von 1,43 . 10- α/Έίη .

(4,7 x 10^ feet per minute ) auftrat. In diesem Beispiel (|

betrug die tatsächlich abgeschiedene Siliziumdioxyämenge 21,3 g bei einem £bscheidungswirfcungsgraä voa 57?<>.

Beispiel 3

Ss hat "sich gezeigt, dass bei einer besonderen Konstruktion des Brenners und bei einer besonderen Kombination ösr Gasströmungsraengeη ein optimaler Abstand zwischen der Brenner— , düse und dem Dorn existierte, bei dem sich erhöhte Absehe idungs mengen ergaben. So wurde beispielsweise ein Experiment mit im wesentlichen den gleichen Strömungsmengen und den anderen Parametern des Beispiels 2 durch- ^

geführt, nur betrug der Abstand zwischen der Brennerdüse und dem Dorn 13. co (5 inches). Iß diesem 3\all wurden nur. 15,9g Siliziumdioxyd abgeschieden, was einen Abscheidungswirkungsgrad von 43$ ergab. Bei Verwendung des besonderen Brenners hat sich gezeigt, dass ein im Bereich von 10 cm ( 4 inches) liegender Dcrnabstand wünschenswert war.

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Beispiel 4

Beim Gebrauch des Brenners wurden auch mit grösseren Glockengasclüsenö'ffnungen und höheren Strömungsmenge η gute Ergebnisse ersielt. So wurde beispielsweise ein 20 Minuten lang· äaierndes Experiment mit einer 3ü3e mit einem durchmesser von 0,16 cm (0,063 inches) in einea Abstand von 1 3 era ( 4 inches) vom Dorn durchgeführt. Der GlοcIce, die auf einer Temperatur von 49⁰G und eines Druck von 0,35 kg/cm (5 pounds per sq/aare inch) gehalten wurde, wurde Sauerstoff mit 2 literη pro Minute zugeführt. In dem Trägergas wurde verdampftes Siliziumtetrachlorid mit 2,88 Litern pro Minute mitgeführt,was einem . -" Prozentanteil des Siliziumtetrachlorids von 59$ in mitgeführtem Gas ergab. Der Hantelkacaer des Brenners wurde ILiter Sauerstoff pro Minute zugeführt. Zur !Urzeugung der brennbaren Gasnischung wurde .die Mischkammer des Brenners pro Minute mit 5,2 Litern Sauerstoff und 30 Litern Wasserstoff beschick!:. Dabei ergab sich eine Ausgangsgeschwindigkeit an der Düsenöffaang von 2,44 . 1-O^a/ain (8.10^ feet per minute). V.^rährend des 20 Minuten dauernden Experiments wurden 6S g Siliziumdioxyd bei einem Abscheidungswirkungsgrad von 48>i abgeschieden.

Jurch die Erfindung wird also ein Verfahren zur Herstellung von äusserst reinen Gegenständen auf Dornen durch die direkte Abscheidung von Oxyden mittels einer in einer Flamme in der Gasphase durchgeführten Hydrolyse geschaffen. Unter dem Ausdruck "säuerst off halt ige Gase"" ist so zu verstehen, dass er auch reinen Sauerstoff umfasst. Es ist zwar hier speziell die Abscheidung von Siliziumdioxyd öurch Zersetzung von Siliziumtetrachlorid beschrieben worden,

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doch können nach den hier beschriebenen Verfahren auch anciere flüchtige, wasserfreie Chloride von metallischen ^lementen der Gruppen III und IV des Periodensystems, beispielsweise Titantetrachlorid, Aluminiurrrfcri Chlorid und dergleichen ebenso vorteilhaft' zersetzt werden.

..-. a . - - Patent.a ns-p.rüc.he

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Claims

P a t e η t a η s -ρ r ü c h e _ \ ■

Verfahren zur Herstellung eines aus dem Oxyd der. - _; Gruppe III und IY bestehenden Gegenstandes mit.bestimmter Fortn durch direkte Abscheidung der durch Zersetzung flichtigen Metallchloride gebildeten . _: Oxyds auf einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass/ ein Düsenstrahl aus den Dampf des Ketallchlorids mit einer Strömung aus einem brennbaren Gas um den Düsenstrahl äusschliesslich in einem vorgewählten Bereich . durch Zünden des brennbaren Gases zur Reaktion gebracht wird und dass die entstehende Ilamme auf das Substrat gelenkt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass -_- . zwischen dem Düsenstrahl und der Strömung aus dea brennbaren Gas eine Strömung aus einem relativ inerten Gas erzeugt wird, die ausserhalb des vorgewählten, Bereichs die Reaktion der Gase verhindert. . ,

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Element aus Siliziuatetrachlorid besteht, dass das Oxyd.Silisiumdloxyd ist und dass das Substrat als Dorn a us ge bildet ist, .

Verfahren, nach einem der. vorhergehenden. Ansprüche,,-dadurch gekennzeichnet, dass das brennbare Gas,aus .. einer Mischung aus wasserstoff und Sauerstoff besteht. ,

Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1. bis 4_r dadurch gekennzeichnet,, dags . , ■■;,·.· ein Brennergehäuse wenigstens eine Durchführung --.';.- .··.-■■· (30, 1C6, 108, 11C , .It?) besitzt, die .zur ,Abgabe . .. .-...■-.,.,'-des Düsenstrahls aus dem in einem, iDräser.Äas mit-·. .- . geführten Silialustetrachlorid ans Ende mit .,elm-v ■ , ■ JüsenÖffnung (66, Ί14, 116, 118, 120) versehen 1st, _;</.■,..

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dass innerhalb des Brennergehäuses an die -Durchführung (30, 106, 108, 110, 112) angrenzend wenigstens eine an eine Quelle des brennbaren Gases angeschlossene erste Kammer (50, 142, 14-3) angebracht ist, die zur Abgabe einer Strömung dee brennbaren Gases um den Düsenstrahl mit symmetrisch zur Düsenöffnung (66, 114, 116, 118, 120) angeordneten Öffnungen (70, 144, 145) versehen ist, und das3 zwischen der Durchführung (30, 106, 103, 110, 112) und der ersten Kammer (50, 142, 143) eine an eine Quelle eines bezüglich des Siliziumtetrachlorids relativ inerten Gases angeschlossene zweite Kammer (40, 122) angeordnet ist, die zur Abgabe einer Kante!strömung des inerten Gases zwischen dem Düsenstrahl und der Strömung aus dem brenbaren Gas mit wenigstens einer Mantelöffnung (68, 134, 136, 138, HO) versehen ist. ·

Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Mantel Öffnung'(68, 134, 156, 13s, 140)· wesentlich grosser als der Querschnitt der D/.senöffnung (66,114, 116, 118, 120) ist.

Brenner nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenöffnung (66, II4, 116., 118, 120) kreisförmig ist, dass die Mantelöffnung (68, 134, 136, 138, HO) ringförmig und konzentrisch um die Düsenöffnung (66, 114, 116, 118, 120) verläuft und dass die Öffnungen (70, 144, 145) kreisförmige Querschnitts besitzen.

Brenner nach, einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass acht Öffnungen (70) in einem Kreis symmetrisch uta die ringförmige Mantel Öffnung (68) angeordnet sind, und dass jede der acht Öffnungen (70) Im wesentlichen den gleichen Querschnitt wie die Düsenöffnung (66) besitzt.

Brenner nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Brennergehäuse (100) mit einem -' Einlass (104) zur Zuführung des Dampfs des flüchtigen ' M'jtallchlorids in eine Kammer (102) versehen ist, die über■■'-■' die Durchführungen (106, 108, 110, 112) mit mehreren Düsenöffnungen (114, 116, 118, 120) in Verbindung steht, dass um jede der Düsenöffnungen (114, 116, 118, 120) eine ringförmige Mantelöffnung (134, 136, 138, 140) angebracht isb, aus der um jeden der Düsenstrahl en das relativ inerte Gas ausströmt und dass eine Vielzahl von Öffnungen (144-, m 145) zur Abgabe der Strömung ;aus-dem brennbaren Gas dicht bei jeder der Mantel3trömungen vorgesehen ist.

Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (144, 145) zur Abgabe der Strömungen aus dea brennbaren Gas radial von den ringförmigen .I'i&ntel öffnung en ■ (134, 136, 138, 140) entfernt angeordnet sind. ;

Brenner nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige mantelöffnungen (134, 136, 138, 140) und die jeweils von ihnen umgebenen Düsenöffnungen (114, 116, 118, 120) längs einer Linie angeordnet sind, und dass die öffnungen (144, 145) zur Abgabe des W brennbaren Gases parallel zu den J-seaöffnunger. (TH, 116, 118, 120) und zu den ringförmigen Mantelöffnungen (134, 136, 138, 140) angeordnet sind.

Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer eine an eine Quelle eiae3 relativ inerten Gases angeschlossene MantelkamDer ^ (50, 142, 143) ist, und dass die zweite Kätnaaer eine an eine Sauerstoffquelle und an eine Wasserstoffquelle angeschlossene Mischkammer (40, 122) ist.

. SAP ORIGINAL

Brenner nach eines der vorhergehenden. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ,..ßa.sa_; die . Misch kan-mer (40, .122) vo: einer-; v.= eitere η ICatn teer -umgeben; ist, ;äie zur Zuführung '. und Abführung eines. Kuhlmittels mit einen] Einlass .(58) .und einem Auslass (60).versehen ist. ■