DE19618974A1 - Verfahren zur Behandlung von Halbleitermaterial - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Halbleitermaterial in einem Flüssigkeitsbad.

Die Behandlung von Halbleitermaterial in Flüssigkeitsbädern erfolgt üblicherweise zu Reinigungszwecken, wobei mit Reinigen auch Spülen oder chemisches Ätzen gemeint ist. Aus der US-5368054 ist bekannt, daß bei der Reinigung von Halbleiterscheiben eine Verbesserung der Reinigungswirkung durch die zusätzliche Anwendung von elektrisch erzeugtem Ultraschall möglich ist.

Allerdings ist der Reinigungserfolg bei stark verunreinigtem Halbleitermaterial, insbesondere bei mechanisch oder auf anderem Weg zu Bruchstücken zerkleinertem Halbleitermaterial, unbefriedigend, auch dann, wenn die Reinigung durch elektrisch erzeugten Ultraschall unterstützt wurde. Störende Partikel und Fremdatome lassen sich weiterhin auf den teilweise scharfkantigen Oberflächen der Bruchstücke nachweisen. Bei den Partikeln handelt es sich in der Regel um Staub, der beim Zerkleinern des Halbleitermaterials und beim Transport der Bruchstücke erzeugt wird. Er kann neben Partikeln, die vom Halbleitermaterial stammen, auch Abrieb vom Brechwerkzeug und von den üblicherweise aus Kunststoff gefertigten Transportbehältern enthalten. Bei der Reinigung werden insbesondere solche Partikel nur unzureichend entfernt, die im Schatten der eingestrahlten Ultraschallwellen auf der Oberfläche der Bruchstücke haften. Mit den bekannten, auch ultraschallunterstützten Reinigungsmaßnahmen kann darüber hinaus kaum verhindert werden, daß beim Transport von bereits gereinigtem Halbleitermaterial durch Abrieb neue Partikel entstehen. Um dies zu vermeiden, bedarf es eines zusätzlichen Aufwands, indem die maßgeblich für Abrieb verantwortlichen Kanten der Bruchstücke durch chemisches Ätzen beseitigt werden. Bereits vorhandene Kunststoff- Partikel werden von den in der Regel verwendeten Ätzmitteln nicht angegriffen.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, die reinigende Behandlung von Halbleitermaterial zu vereinfachen und wirkungsvoller zu gestalten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung von Halbleitermaterial in einem Flüssigkeitsbad, das dadurch gekennzeichnet ist, daß im Flüssigkeitsbad das Auftreten von Kavitation herbeigeführt wird.

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß bei der Behandlung des Halbleitermaterials auf den Oberflächen haftende Verunreinigungen auch an entlegenen Stellen wirksam entfernt werden. Darüber hinaus reduziert das Verfahren scharfe Kanten auf der Oberfläche des Halbleitermaterials, so daß auch die Gefahr der Verunreinigung von gereinigtem Halbleitermaterial durch neu entstehende Partikel erheblich geringer ist. Ursächlich für die Reduktion scharfer Kanten ist das Auftreten implodierender Bläschen (Kavitation), durch die exponierte Kanten vom Halbleitermaterial abgesprengt werden, wobei weitgehend abgerundete Flächen zurückbleiben.

Das Verfahren wird daher mit besonderem Vorteil zur Behandlung von Halbleitermaterial verwendet, das in Form von gegebenenfalls klassierten Bruchstücken vorliegt. Der mittlere Korndurchmesser der Bruchstücke beträgt beispielsweise 5 bis 150 mm. Unerheblich ist, ob die Bruchstücke durch Zerkleinern von mono- oder polykristallinem Material erzeugt wurden. Ebensowenig spielt die Art der Zerkleinerungsmethode eine besondere Rolle. Es ist besonders bevorzugt, das Verfahren zur Behandlung von Bruchstücken einzusetzen, die später geschmolzen und zur Herstellung von Einkristallen verwendet werden sollen. Bei dieser Verwendung ist es von entscheidender Bedeutung, daß die Verunreinigung der Schmelze mit Partikeln und unerwünschten Fremdstoffen so gering wie möglich ist.

Zur Behandlung wird das Halbleitermaterial in ein Flüssigkeitsbad gebracht. Als Flüssigkeiten sind reines Wasser, wässerige Reinigungsmittel und wässerige, sauer oder alkalisch reagierende Ätzmittel bevorzugt. Das Auftreten von Kavitation im Flüssigkeitsbad wird vorzugsweise mit Hilfe einer oder mehrerer Düsen herbeigeführt, durch die Flüssigkeit unter Druck hindurchgeschickt wird. Geeignete Düsen sind in verschiedensten Ausführungsformen bekannt, weshalb der Düsenaufbau kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist. In diesem Zusammenhang seien stellvertretend für den Stand der Technik die US-5,217,163 und die darin zitierte Literatur genannt. Bevorzugt ist ferner, die Düse so auszurichten, daß der sie verlassende Flüssigkeitsstrahl gegen das Halbleitermaterial gerichtet ist. Besonders bevorzugt ist es, eine Vielzahl von Düsen in gleichmäßigen Abständen bereitzustellen, um so eine gleichmäßige und dichte Verteilung von Flüssigkeitsbereichen, in denen Kavitation stattfindet, zu erreichen. Das Halbleitermaterial wird dann vorzugsweise in einem Behälter, dessen Begrenzungen für die Flüssigkeit durchlässig sind, in diese Flüssigkeitsbereiche gehalten. Als Aufnahmebehälter kommen insbesondere perforierte Behälter aus Kunststoff oder mit Kunststoff beschichtete, perforierte Behälter in Frage, beispielsweise grobmaschige Körbe aus Kunststoff.

Zur Erhöhung der Reinigungswirkung kann die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbad umgewälzt werden. Vorzugsweise wird ein Teil der Flüssigkeit laufend durch frische Flüssigkeit ersetzt und/oder ein Teil entnommen, filtriert und das Filtrat dem Flüssigkeitsbad wieder zugeführt. Besonders bevorzugt ist es, das Filtrat durch die verwendeten, Kavitation erzeugenden Düsen ins Flüssigkeitsbad zurückzuführen.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Einbezug einer Figur beschrieben. Die Figur ist eine schematische Schnittzeichnung durch eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet.

Die Figur zeigt ein Becken 3, in dem sich ein Flüssigkeitsbad 10 befindet. Das Becken kann offen oder mit einem Deckel verschlossen sein. Ein Aufnahmebehälter 2, gefüllt mit Halbleitermaterial 1, ist in das Flüssigkeitsbad getaucht. Unter dem Aufnahmebehälter 2 ist ein rasterförmig ausgebildetes Feld von Düsen 5 angeordnet, die mit einer Pumpe 7 in Verbindung stehen. Die Pumpe 7 leitet Flüssigkeit aus dem Becken 3 unter Druck durch die Düsen 5 in das Flüssigkeitsbad 10 zurück. Die Düsen sind so ausgebildet, daß in dem Flüssigkeitsstrahl 4, der eine Düse verläßt, Kavitation auftritt. Das Halbleitermaterial 1 befindet sich im Wirkungsbereich der Flüssigkeitsstrahlen 4. Die Flüssigkeit für das Betreiben der Düsen wird dem Becken 3 durch eine Auslaßöffnung 11 entnommen und über einen Filter 6 der Pumpe 7 zugleitet. Um insbesondere Partikel, die auf der Oberfläche des Flüssigkeitsbads treiben, wirksam entfernen zu können, ist das Becken 3 mit einem Ablauf 9 ausgerüstet, über den Flüssigkeit aus dem Oberflächenbereich das Becken 3 verlassen kann. Gleichzeitig ist ein Zulauf 8 vorgesehen, durch den frische Flüssigkeit dem Flüssigkeitsbad zugeführt wird.

(Beispiel)

Eine Charge von 30 kg polykristallinen Silicium- Bruchstücken wurde in einer Vorrichtung gemäß der Figur behandelt. Die Kavitation wurde von 75 Düsen erzeugt, die im Becken unterhalb des perforierten Aufnahmekorbs in einer waagerechten Anordnung gleichmäßig verteilt waren. Den Düsen wurde filtriertes, vollentsalztes Wasser mit einem Druck von 15 bar zugeführt. Die im Kreislauf zwischen Flüssigkeitsbad und Pumpe geführte Fördermenge betrug 25 m³/h, die Zuführung von frischem Wasser 1 m³/h. Die Behandlung der Charge, das heißt, die Reinigung der Bruchstücke und das Verrunden der Bruchkanten, war nach einer Behandlungszeit von 2 min abgeschlossen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Behandlung von Halbleitermaterial in einem Flüssigkeitsbad, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsbad das Auftreten von Kavitation herbeigeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Flüssigkeitsbad mindestens eine Düse bereitgestellt wird, die einen Flüssigkeitsstrahl abgibt, der gegen das Halbleitermaterial gerichtet ist und in dem Kavitation auftritt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial in einem Behälter bereitgestellt wird, dessen Begrenzungen in Bezug auf die Flüssigkeit durchlässig sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß während der Behandlung des Halbleitermaterials ein Teil der Flüssigkeit vom Flüssigkeitsbad durch frische Flüssigkeit ersetzt wird und/oder ein Teil der Flüssigkeit vom Flüssigkeitsbad entnommen, filtriert und das Filtrat in das Flüssigkeitsbad zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Flüssigkeit verwendet wird, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Wasser, wässerige Reinigungsmittel und wässerige Ätzmittel umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial aus einer Gruppe ausgewählt ist, die monokristallines und polykristallines Silicium, insbesondere Silicium- Bruchstücke, umfaßt.