DE19716374A1 - Brechen von Reinstsilicium auf Eis - Google Patents
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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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