DE19716374A1 - Brechen von Reinstsilicium auf Eis - Google Patents

Brechen von Reinstsilicium auf Eis

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schutz von Halb­ leitermaterial und ein Verfahren zum Schutz von Halbleitermaterial.
Für die Herstellung von Solarzellen oder elektronischen Bauele­ menten, wie beispielsweise Speicherelementen oder Mikroprozes­ soren, wird hochreines Halbleitermaterial benötigt. Man ist da­ her bestrebt, die Konzentrationen schädlicher Verunreinigungen so niedrig wie möglich zu halten. Häufig wird beobachtet, daß bereits hochrein hergestelltes Halbleitermaterial im Verlauf der weiteren Verarbeitung zu den Zielprodukten erneut kontami­ niert wird. So werden immer wieder aufwendige Reinigungsschrit­ te notwendig, um die ursprüngliche Reinheit zurückzuerhalten. Beispielsweise Fremdmetallatome, die in das Kristallgitter des Halbleitermaterials eingebaut werden, stören die Ladungsvertei­ lung und können die Funktion des späteren Bauteils vermindern oder zu dessen Ausfall führen. Infolgedessen sind insbesondere Kontaminationen des Halbleitermaterials durch metallische Ver­ unreinigungen zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für Silici­ um, das in der Elektronikindustrie mit deutlichem Abstand am häufigsten als Halbleitermaterial eingesetzt wird.
Hochreines Silicium erhält man beispielsweise durch thermische Zersetzung leicht flüchtiger und deshalb einfach über Destilla­ tionsverfahren zu reinigender Siliciumverbindungen, wie bei­ spielsweise Trichlorsilan.
Zur Herstellung des hochreinen Siliciums nach dem am häufigsten verwendeten Siemens-Verfahren wird in einem Reaktor aus Quarz ein Gemisch Trichlorsilan und Wasserstoff über dünne Silicium­ stäbe geleitet, die durch direkten Stromdurchgang auf etwa 1100°C erhitzt werden. Dabei entsteht polykristallines Silicium in Form von Stäben mit typischen Durchmessern von 70 bis 300 mm und Längen von 500 bis 2500 mm an. Das polykristalline Silicium wird zur Produktion von tiegelgezogenen Einkristallen, von Bän­ dern und Folien oder zur Herstellung von polykristallinem So­ larzellengrundmaterial verwendet.
Für die Herstellung dieser Produkte ist es notwendig, festes Silicium in Tiegeln aufzuschmelzen. Um einen hohen Füllgrad des Tiegels zu erreichen und so das Aufschmelzen möglichst effektiv zu gestalten, müssen die erwähnten polykristallinen Silicumstäbe, vor dem Aufschmelzen zerkleinert und anschließend klassiert werden. Dies ist üblicherweise immer mit einer oberflächlichen Verunreinigung des Halbleitermaterials verbunden, weil die Zer­ kleinerung mit metallischen Brechwerkzeugen, wie Backen- oder Walzenbrechern, Hämmern oder Meißeln auf Unterlagen aus Mate­ rialien, wie Stahl oder Kunststoff, erfolgt. Auch der anschlie­ ßende Klassiervorgang findet üblicherweise auf Sieben aus Me­ tall oder Kunststoff statt. Während des Zerkleinerungsvorganges und des Klassierschrittes wird so das Silicium durch Metalle oder Kohlenstoff aus den Werkzeugen und der Unterlage verunrei­ nigt. Zur Beseitigung dieser Kontamination müssen die Bruch­ stücke vor dem Aufschmelzen einer aufwendigen und kosteninten­ siven Oberflächenreinigung, wie zum Beispiel durch Ätzen mit HF/HNO3, unterzogen werden.
Daher werden zur Verminderung der Kontamination beim Zerklei­ nern auch Siliciumunterlagen und Werkzeuge aus Silicium oder mit Siliciumbeschichtungen verwendet. Auch beim Klassiervorgang sind Siebe aus Silicium oder siliciumbeschichtete Siebe Stand der Technik. Diese haben jedoch den Nachteil, daß sie durch die Übertragung der Kräfte, während des Zerkleinerungsvorgangs (Schlagen mit Hämmern), oder beim Klassiervorgang beschädigt oder zerstört werden und ersetzt werden müssen. Eine Unterlage sowohl beim Brechen als auch beim Sieben hält im Mittel ca. 10 bis 15 Chargen (entspricht ca. 10 bis 15 t). Anschließend müs­ sen zertrümmerte Stücke (ca. 30%) ersetzt werden, damit nicht Bruchstücke der Unterlage in das zu verkaufende Material gelangen.
Des weiteren müssen diese Unterlagen aus Silicium entsorgt wer­ den, was weitere Kosten verursacht, da dieses Material rissig ist oder auf unerwünschte Bruchgrößen zerkleinert worden ist und daher nicht mehr verkauft werden kann. Die Herstellung ei­ ner solchen Unterlage erfordert zusätzliche Abscheidung von Silicium, mechanische Bearbeitung bei der Herstellung der Form­ teile und deren aufwendige Reinigung, zum Beispiel durch Ätzen mit HF/HNO3.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfah­ ren zur Verfügung zu stellen, das die zusätzliche Kontamination von Halbleitermaterial beim Zerkleinern, Klassieren oder beim Transport vermindert. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gegenstand der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial zur Verfügung zu stellen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Halbleitermaterial sich auf einer Ober­ fläche aus Eis aus Reinstwasser befindet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch Eis gebildet, das kostengünstig aus Reinstwasser hergestellt werden kann und vor­ zugsweise einen Leitwert größer 0,07 µS, und besonders bevor­ zugt einen Leitwert größer als 0,05 µS aufweist. Dieses Eis aus Reinstwasser befindet sich vorzugsweise auf der Oberfläche ei­ nes Trägers, wie einer Unterlage aus Stahl, Kunststoff, einem Halbleitermaterial, wie zum Beispiel Silicium oder einem ande­ ren geeigneten Material. Allerdings kann das Eis aus Reinstwas­ ser auch einen selbsttragenden Block bilden.
Dieses Eis wird hergestellt, indem es auf einem Träger, wie ei­ ner Unterlage aus Stahl, Kunststoff, einem Halbleitermaterial, wie zum Beispiel vorzugsweise Silicium oder einem anderen ge­ eigneten Material abgeschieden wird, wobei auf der Unterseite des Trägers Rohre befestigt sind, die von einer Kälteflüssig­ keit, wie zum Beispiel vorzugsweise einer wäßrigen Kaliumcarbo­ nat-Lösung durchströmt werden. Zur besseren Abkühlung des Trä­ gers liegen die Rohre vorzugsweise in einer Wärmeleitpaste. Aus Gründen der Energieeinsparung ist die dem Träger abgewandte Seite der Rohre üblicherweise isoliert. Die Kälteflüssigkeit wird in einer Kältemaschine auf vorzugsweise unter -10°C und besonders bevorzugt auf ca. -25°C abgekühlt und durch die Rohre des Trägers gepumpt.
Während des Abkühlvorgangs und in der Folgezeit wird die Ober­ fläche der Unterlage mit Reinstwasser, das einen Leitwert wie oben bezeichnet hat, besprüht. Ist die Schicht vorzugsweise auf eine Dicke von 0,5 cm bis 30 cm, besonders bevorzugt auf 5 cm bis 20 cm, ganz besonders bevorzugt auf 5 cm bis 10 cm ange­ wachsen, wird Halbleitermaterial, wie Silicium oder Germanium oder Galliumarsenid auf die Eisschicht gelegt.
Dieses Halbleitermaterial kann auch auf einen Block aus selbst­ tragendem Eis aus Reinstwasser gelegt werden oder in diesen eingefroren werden, um es zum Beispiel zu transportieren.
Vorzugsweise wird das Halbleitermaterial, wie beispielsweise nach dem Siemensverfahren erzeugte Siliciumstäbe auf die Eis­ schicht gelegt, um auf diesem Eis aus Reinstwasser mit kontami­ nationationsfreien Brechverfahren, wie beispielsweise mit einem Hammer aus Reinstsilicium zerkleinert zu werden. Denkbar ist auch ein Zerkleinern zwischen zwei schlagartig zusammenzuschla­ genden Eisschichten.
Anschließend wird das entstandene Eis-Silicium-Gemisch mit ei­ nem Silicium-Schieber auf eine geheizte Silicium-Unterlage ge­ schoben und mit Strahlungsheizern getrocknet. Nach dem Trocknungsverfahren kann dann beispielsweise das übliche Klas­ sieren auf Siliciumsieben stattfinden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial die, dadurch ge­ kennzeichnet ist, daß die Vorrichtung eine Klassiervorrichtung ist.
Des weiteren kann ein Klassiervorgang auf einem mit Eis aus Reinstwasser beschichteten Sieb stattfindet. Für ein einwand­ freies Klassierergebnis ist es allerdings notwendig, daß das Eis aus dem beim Zerkleinern entstandenen Eis-Silicium-Gemisch abgetrennt wird. Das kann beispielsweise durch kurzzeitiges Er­ wärmen des Gemisches auf einer Siliciumunterlage über den Schmelzpunkt des Wassers erreicht werden. Nach der erfolgten Klassierung findet dann der oben beschriebene Trocknungsvorgang statt.
Halbleitermaterial für das bekannte Zonenziehen, wie vorzugs­ weise Siliciumstäbe können zur mechanischen Bearbeitung, zum Beispiel Ablängen, Konus anschleifen, in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingebettet werden.
Auch Ausbauhilfen zum Ausbauen der Siliciumstäbe aus dem Sie­ mensreaktor können in Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt und verwendet werden.
Des weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung, die auf ei­ ner Unterlage aus vorzugsweise Stahl ruht, verwendet werden, um Stäbe aus Silicium kompakt einzubetten und von ihnen die Gra­ phitelektrode zu entfernen, ohne den Stab mit Kohlenstoff zu kontaminieren.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schutz von Halbleitermaterial, das eine erfindungsgemäße Vor­ richtung verwendet.
Bevorzugt ist ein Verfahren zum Schutz von Halbleitermaterial, in der das Halbleitermaterial, vorzugsweise Silicium zerklei­ nert wird. Der Vorteil dieser Zerkleinerung auf der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist, daß das zu zerkleinernde Material nicht weiter kontaminiert werden kann und die Unterlage zum Zerkleinern leicht von dem Halbleitermaterial getrennt werden kann und entsorgt werden kann, da das Eis aus Reinstwasser ein­ fach geschmolzen wird, was ein überaus umweltfreundliches Ver­ fahren ist. Falls es sich bei dem Träger auf dem sich das Eis aus Reinstwasser befindet, um Silicium handelt ist, ist dies besonders bevorzugt, da falls doch einmal das Eis beschädigt wird, so daß das sich darauf befindende Halbleitermaterial, in Form von Silicium, mit dem Träger in Berührung kommt, das zu zerkleinernde Halbleitermaterial nicht weiter kontaminiert wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Halbleitermaterial sich auf einer Oberfläche aus Eis aus Reinstwasser befindet.
2. Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silicium ist.
3. Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eis aus Reinstwasser einen Leitwert größer 0,07 µS hat.
4. Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial nach Anspruch l, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche eines Trägers eine Oberfläche aus Eis aus Reinstwasser aufweist.
5. Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus Silicium besteht.
6. Verfahren zum Schutz von Halbleitermaterial, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 5 verwendet wird.
7. Verfahren zum Schutz von Halbleitermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial in einer Vor­ richtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 zer­ kleinert wird.
8. Vorrichtung zum Schutz von Halbleitermaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Klassiervorrichtung ist.
9. Verfahren zum Schutz von Halbleitermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial in einer Vor­ richtung nach Anspruch 8 klassiert wird.
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