DE2038564B2 - Quarzglasgeraeteteil, insbesondere quarzglasrohr, mit in seiner aussenoberflaechenschicht enthaltenen, kristallbildung foerdernden keimen zur verwendung bei hohen temperaturen, insbesondere fuer die durchfuehrung halbleitertechnologischer verfahren - Google Patents

Description

aufgetragen wird, die sich bei anschließender Erwärmung quantitativ zersetzt und reines Al₂O₃ bildet. Geeignet ist z. B. eine reine Aluminiüm-Nitrat-Lösung. Zur Herstellung einer 30 μηι dicken Keimschicht werden 0,1 mg Aluminium-Ionen/cm² aufgetragen. Anschließend wird die so behandelte Quarzglasoberfläche einer Temperatur von etwa 1800° C während einer Dauer von etwa 3 bis 30 min ausgesetzt. Diese Temperatur ist so hoch, daß schon keine Rekristallisation mehr erfolgt, die Aluminium-Keime aber in das SiO₂ eindiffundieren, und zwar so, daß die Konzentration der Aluminium-Keime nach innen zu stetig abnimmt. Im Anschluß daran wird das Geräteteil rasch_abgekühlt.

Außer Aluminium haben sich auch Titan-, Zirkonium-, Hafnium- und Gallium-Ionen als Keimbildner bewährt.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Quarzglasgeräte unterscheiden sich visuell nicht von normalen Quarzglasgeräteteilen. Nach ihrer Ingebrauchnahme bei hohen Temperaturen — vornehmlich oberhalb der Transformationstemperatur von Quarzglas — bildet sich nach kurzer Zeit die Rekristallisationsschicht aus, wodurch die vorteilhaften Eigenschaften voll zur Wirkung kommen.

In der Figur ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Quarzglasrohr dargestellt. Die Keime sind als Punkte schematisch eingezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Keimkonzentration von außen nach innen stetig abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Kristallbildung fördernden Stoff in Form von Kei- Patentansprüche: men aus Metallionen enthalten, deren Diffusions- koeffizient in Quarzglas klein ist gegenüber dem

1. Quarzglasgeräteteil, insbesondere Quarz- Diffusionskoeffizienten von Natrium in Quarzglas, glasrohr, mit in seiner Außenoberflächenschicht 5 eine verbesserte Formstabilität. Der zusätzliche Stoff enthaltenen, Kristallbildung fördernden Keimen liegt dabei in einer Konzentration von mehr als 4 ppm aus Metallionen, deren Diffusionskoeffizient in bis einige hundert ppm, vorzugsweise in einer Kon-Quarzglasklein ist gegenüber dem Diffusions- zentration im Bereich zwischen 10 und 800 ppm, koeffizienten von Natrium in Quarzglas zur Ver- vor. Die Keime sind in dem SiO₂ fein verteilt (niederwendung bei hohen Temperaturen, insbesondere i° ländische Patentanmeldung 69.02534).

zur Durchführung ^albleitertechnologischer Ver- Aufgabe der Erfindung ist es, die Formstabilität

fahren, dadurch, gTkennzeichn e t, daß der bekannten Quarzglasgeräte, insbesondere der die Keimkonzentratipn an der äußeren Oberfläche Quarzglasrohre, für die Dotierung von Halbleiteram größten ist und nach innen zu stetig abnimmt bauelementen, zu verbessern sowie die Gefahr des in der Weise, daß sie in einer Tiefe im Bereich 15 Eindringens von Fremdionen, die die Dotierung des von 5 bis 100 μπι, äußerstenfalls aber in einer Halbleiterbauelements stören, auf ein Minimum her-Tiefe, die gleich der halben Wandstärke des rohr- abzusetzen.

förmigen Geräteteils ist, den Wert Null oder den Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Konzentrationsgrenzwert an Metallionen der löst, daß die Keimkonzentration an der äußeren gleichen Ionenart annimmt, die als Verunreini- 20 Oberfläche des Quarzglasgeräteteils, insbesondere des gungen im Quarzglas vorhanden sind. Quarzglasrohres, am größten ist und nach innen zu

2. Quarzglasgeräteteil nach Anspruch 1, da- stetig abnimmt in der Weise, daß in einer Tiefe im durch gekennzeichnet, daß die die zusätzlichen Bereich von 5 bis lOOjtm, äußerstenfalls aber in einer Keime enthaltende Quarzglasschicht eine Dicke Tiefe, die gleich der "halben Wandstärke des rohrvon 10 bis 200 um, vorzugsweise von 10 bis 90 μπι, 25 förmigen Geräteteils ist, den Wert Null oder den aufweist. Konzentrationsgrenzwert an Metallionen der gleichen

3. Quarzglasgeräteteil nach Anspruch 1 und/ Ionenart annimmt, die als Verunreinigungen im oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Quarzglas vorhanden sind. Die Quarzglasschicht, die der Gewichtsanteil an Keimen an Metallionen an die zusätzlichen Keime enthält, weist eine Dicke von der äußeren Oberfläche des Geräteteils einer 30 10 bis 200 μΐη, vorzugsweise von 10 bis 80 μπι, auf. Flächenkonzentration von 5 bis 200 μg/cm² ent- Der Gewichtsanteil an Keimen aus Metallionen entspricht, spricht vorteilhafterweise an der äußeren Oberfläche

4. Quarzglasgeräteteil nach einem oder meh- des Geräteteils einer Flächenkonzentration von 5 bis reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 200jtg/crn². Als Keime, die die Kristallbildung förgekennzeichnet, daß die Keime aus Aluminium-, 35 dem, haben sich insbesondere Aluminium-, Titan-, Titan-, Zirkonium-, Hafnium- und/oder Gallium- Zirkonium-, Hafnium- und/oder Gallium-Ionen be-Ionen bestehen. "~ sonders bewährt. BeTTngebrauchnahme" der erfindungsgemäßen Geräteteile, beispielsweise bei ihrem Einsatz als Diffusionsrohre in der Halbleitertechnik,

40 setzt bei Temperaturen oberhalb 1000° C eine

Rekristallisation unter Bildung von Cristobalit ein. Diese Rekristallisation setzt zwar schnell, gleich-

Die Erfindung betrifft ein Quarzglasgeräteteil, ins- mäßig und homogen ein, sie schreitet aber auf Grund besondere ein Quarzglasrohr zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Keimverteilung nur langsam hohen Temperaturen, insbesondere für die Durch- 45 und stetig fort. Kristallanisotropien, die sich festigführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches keitsmindernd auswirken können, wurden bei den in seiner Außenoberflächenschicht Kristallbildung erfindungsgemäßen Quarzglasgeräteteilen nicht befördernde Keime enthält. obachtet. Die bessere Formstabilität der erfindungs-

Es ist bekannt, Quarzglas als Werkstoff für Geräte- gemäß ausgebildeten Quarzglasgeräteteile bei hohen

teile bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen 50 Temperaturen gegenüber den bekannten Quarzglas-

zu verwenden. Insbesondere verwendete man Quarz- rohren, bei denen die Keime gleichmäßig in SiO₂

glas-Diffusionsrohre. In das Diffusionsrohr, das in verteilt sind, ist vermutlich auf die auf Grund der

einem Ofen angeordnet ist, werden Halbleiterbau- erfindungsgemäßen Verteilung an Keimen hervor-

elemente eingebracht und anschließend zur Dotie- gerufene Stetigkeit des Wachstums der Cristobalit-

rung dieser Bauelemente eine vorbestimmte Gas- 55 schicht und der damit verbundenen Schrumpf- und

atmosphäre bei einer vorgegebenen Diffusionstempe- Zugeffekte zurückzuführen. Schließlich ist als wei-

ratur aufrechterhalten. Zum Einsatz gelangten vor- terer Vorteil noch anzuführen, daß durch die hohe

zugsweise Diffusionsrohre aus hochreinem Quarzglas, Keimkonzentration an der äußeren Oberfläche des

das weniger als 4 ppm (parts per million) metallische Quarzglasgeräteteils und die dadurch bewirkte Ver-

Gesamtverunreinigungen enthält. Diese Diffusions- 60 dichtung der Quarzglasstruktur während seiner Er-

rohre haben sich jedoch bei den zur Anwendung ge- hitzung, beispielsweise während des Dotierens von

langenden hohen Dotierungstemperaturen plastisch Halbleiterbauelementen, das Eindringen von Fremd-

verformt, so daß sie häufig ausgewechselt werden ionen, die den Dotierungsprozeß stören, praktisch

mußten. verhindert wird.

Gegenüber diesen bekannten Diffusionsrohren aus 65 Erfindungsgemäß ausgebildete Quarzglasgeräteteile

hochreinem Quarzglas zeigten ebenfalls bekannte werden in der Weise hergestellt, daß auf eine reine

Quarzglasrohre, die in ihrer Oberflächenschicht Quarzglasoberfläche beispielsweise eine Aluminium

neben SiO₂ noch wenigstens einen zusätzlichen enthaltende Lösung oder eine Aluminiumverbindung