DE2928089B2 - Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke und Verfahren zur Herstellung - Google Patents
Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke und Verfahren zur HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Verbundtiegel für halbleitertechnoiogische Zwecke aus Siliziumdioxid und
einer festen Auskleidung aus synthetisch hergestelltem Siliziumdioxid.
Verbundtiegel der vorcharakterisierten Art sind aus der DE-PS 9 62 868 bekannt. Diese Tiegel werden für
das Ziehen von Einkristallen, insbesondere von Silizium, benutzt. Der Verbundtiegel besteht aus zwei Teilen, die
unverrückbar miteinander verbunden sind. Das Außenteil des Tiegels besteht aus reinstem Quarz. Es ist mit
einer Auskleidung aus Siliziumdioxid versehen, das durch Rektifikation von Siliziumtetrachlorid und anschließende
Hydrolyse mit reinstem Wasser gewonnen wird. Die bei diesem Prozeß entstehende gelartige
Masse wird auf die Innenseite des Außenteils aufgebracht und dort bei etwa 1200 bis 14000C eingesintert.
Die Auskleidung des so aufgebauten Verbundtiegels ist porös, was die Gefahr in sich birgt, daß das
Halbleitermaterial, aus dem der Einkristall gezogen werden soll, sich in den Poren festsetzt und den
Ziehprozeß erheblich stört. Es können auch einzelne Teile der Auskleidung vom Außenteil abplatzen und die
Schmelze aus Halbleitermaterial verunreinigen bzw. unbrauchbar machen.
Aus der DE-OS 17 71 077 ist ein Verbundrohr für die
Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren bekannt, das aus einem Quarzglasrohr und einem
zusammenhängenden, feinkristallinen Cristobalitüberzug
besteht." Die Dicke des Überzugs beträgt weniger als 1 % der Wandstärke des Quarzglasrohres.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke zu schaffen, der eine
porenfreie, glatte und widerstandsfähige Auskleidung
π aus hochreinem Werkstoff aufweist, die in jeder
gewünschten, für den jeweiligen Verwendungszweck des Verbundtiegels ausreichenden Dicke kostengünstig
herstellbar ist.
Gelöst wird dies»; Aufgabe für einen Verbundtiegel der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß
dadurch, daß die Auskleidung aus einer Körnung aus synthetischem, kristallinem Quarz durch Erhitzen über
den Schmelzpunkt der Körnung unter Bildung eine amorphen Schicht hergestellt worden ist. Die Außenschicht
des Verbundtiegels ist vorzugsweise aus einer Körnung aus natürlichem Quarz hergestellt. Es enthält
eine Vielzahl von kleinen Luftbläschen.
Die Dicke der Auskleidung liegt im Bereich von 5 bis 60% der Gesamtwandstärke des Verbundtiegels,
vorzugsweise Hegt sie im Bereich von 20 bis 30% der Gesamtwandstärke des Tiegels. Verbundiiegel, bei
denen wenigstens 1/10 der Dicke der Auskleidung in amorphem Zustand vorliegt, haben sich besonders
bewährt.
Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen Jie Dicke der Auskleidung im Bereich des Tiegelbodens größet
auszubilden als im sich daran anschließenden zylindrischen Bereich.
Verbundtiegel gemäß der Erfindung besitzen den Vorteil, daß sich an der glatten Oberfläche der Auskleidung kein schmelzflüssiges Halbleitermaterial festsetzen kann wie bei den bekannten porösen Auskleidungen. Nur die Auskleidung ist aus synthetischem Quarz hergestellt, nicht jedoch die Aubenschicht des Tiegels, für dessen Herstellung Körnung aus natürlichem Quarz verwendet werden kann.
Verbundtiegel gemäß der Erfindung besitzen den Vorteil, daß sich an der glatten Oberfläche der Auskleidung kein schmelzflüssiges Halbleitermaterial festsetzen kann wie bei den bekannten porösen Auskleidungen. Nur die Auskleidung ist aus synthetischem Quarz hergestellt, nicht jedoch die Aubenschicht des Tiegels, für dessen Herstellung Körnung aus natürlichem Quarz verwendet werden kann.
Die Auskleidung und die Außenschicht sind an ihrer Grenzfläche homogen miteinander verbunden, wodurch
auch die Gefahr des Abplatzens von Teilen der Auskleidung auf ein vernachlässigbares Maß vermindert
ist. Infolge der relativ großen Dicke der Auskleidung können erfindungsgemäße Verbundtiegel für mehrere
Halbleiter-Kristall-Produktionszyklen eingesetzt werden im Gegensatz zu bekannten nur mit dünnem
Innenüberzug versehenen Tiegeln.
Die Einzelschritte des Verfahrens zur Herstellung des Verbundtiegels ergeben sich aus dem darauf gerichteten
Patentanspruch sowie der Beschreibung der F i g. 2. Es besitzt den Vorteil, daß in einem einzigen Arbeitsgang
bo der erfindungsgemäße Tiegel herstellbar ist. Dies ist
wesentlich kosten- und auch energiegünstiger als Verfahren, bei denen die Auskleidung auf dem Wege
einer Nachbehandlung eines bereits fertiggestellten Tiegels hergestellt wird, was arbeitsaufwendiger ist.
Anhand der Fig. 1 und 3 wird nachstehend die Erfindung beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Verbundtiegel,
F i g. 2 zeigt schemalisch, teilweise im Vertikalschnitt,
die Herstellung eines Verbundtiegels.
F i g. 3 zeigt einen Vertihalschnitt durch einen Verbundtiegel in weiterer Ausgestaltung.
Mit der Bezugsziffer 1 ist die Außeischicht des Tiegels bezeichnet, die aus einer Körnung aus
natürlichem Quarz hergestellt ist. Die Außenschicht ist unverrückbar mit der Auskleidung 2 verbunden, die die
amorphe Schicht 3 aufweist. Die Schicht 3 besitzt eine Dicke, die mindestens 1/10 der Dicke der /»uskleidang
beträgt. Die Dicke der Auskleidung ist in Fig. 1 im Boden- und zylindrischen Teil gleich. Die Außenschicht
kann eine Vielzahl kleiner Luftbläschen enthalten, ohne daß sie sich bei der Verwendung des Verbundtiegels
störend bemerkbar machen können. Dies ist auf die amorphe Schicht 3 zurückzuführen.
Der in Fig.3 dargestellte Veibundtiegel unterscheidet
sich von dem in Fig. 1 dadurch, daß die Dicke des Bodenteils 2' der Auskleidung größer ist als die Dicke
des zylindrischen Teils 2" der Auskleidung 2
Das Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Verbundtiegels wird unter Bezugnahme auf F i g. 2
nachstehend erläutert. In Form 4, die, wie durch Pfeil 5 angedeutet, um die Achse 6 rotiert, wird über das Rohr 7
einer Zugabevorrichtung zunächst Körnung aus natürlichem Quarz eingefüllt und auf der Innenwand 9 der
Form 4 in gleichmäßiger Schichtdicke abgelagert. Das Füllrohr 7 wird dabei, wie durch Pfeil 10 an;; 'deutet,
langsam vom Bodenteil der Form 4 in deren zylindrischen Teil verschoben. Die Rotationsgeschwindigkeit
der Form 4 ist so hoch zu wählen, daß die eingebrachte Körnung nicht zum Boden der Form hin
absinkt, sondern durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenfläche der Form gepreßt wird. Wenn die
Ablagerung der Körnung 8 beendet ist, wird ohne Unterbrechung der Rotation der Form 4 über das
Füllrohr 7 die Körnung 11 aus synthetischem, kristallinem Quarz in gleicher Weise wie die Körnung 8
eingefüllt und auf der Körnung 8 abgelagert. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird jnter Aufrechterhaltung
der Rotation die Htizquelle 13, wie durch Pfeil 12 angedeutet, in die Form vorgeschoben. Der innenraum
der Form 4 wird mittels dieser Heizquelle so stark erhitzt, daß seine Temperatur über dem Schmelzpunkt
der Körnung 11 liegt. Dadurch werden nicht nur die einzelnen Teilchen der Körnungen 8 und 11 untereinander,
sondern auch bHde Körnungen an ihrer Grenzfläche homogen miteinander verbunden, -vas vermutlich
ίο auf die gleichartige kristalline Struktur beider Körnungen
zurückzuführen ist. Die der Heizquelle zugekehrte innerste Schicht der Körnung 11 wird außerdem in den
amorphen Zustand mit sehr glatter, freier Oberfläche
überführt, sie bildet die Schicht 3 (F i g. 1).
ii Durch die Wahl der Zufuhrgeschwindigkeit der
Körnung, beispielsweise durch Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit
des Fülirohres 7 in Pfeilrichtung 10, kann die Dicke der Schichten der Körnungen 8 und
U in beliebiger, gewünschter Weise variiert werden.
Dies besitzt den Vorteil, daß auf einfachste Weise u. a. die Dicke der Auskleidung problemlos den unterschiedlichsten
Anforderungen der halbleitertechnologischen Verfahren angepaßt weiden kann.
Zusammenfassung
Die Erfindung besteht in einem Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke aus Siliziumdioxid.
Der Tiegel besteht aus einer Außenschicht und einer Auskleidung, die unve."rückbar miteinander verbunden
sind. Für die Herstellung der Auskleidung wird Körnung
aus synthetischem, kristallinem Quarz verwendet. Die freie Oberfläche der Auskleidung ist glatt, sie w ird
</on einer amorphen Schicht gebildet. Für die Außenschicht wird Körnung aus natürlichem Quarz verwendet. Die
ii Herstellung des Tiegels erfolgt in der Weise, daß in eine
rotierende Form nacheinander die Körnunger, eingefüllt und durch Erhitzen miteinander verbunden urd die
amorphe Schicht der Auskleidung erzeugt werden
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke aus Siliziumdioxid und einer festen Auskleidung
aus synthetisch hergestelltem Siliziumdioxid, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung
(2) aus einer Körnung (11) aus synthetischem, kristallinem Quarz durch Erhitzen über den
Schmelzpunkt der Körnung (11) unter Bildung einer amorphen Schicht (3) hergestellt worden ist.
2. Tiegel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (1) aus einer Körnung aus
natürlichem Quarz hergestellt worden ist.
3. Tiegel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Auskleidung
zwischen 5 und 60% der Gesamtwandstärke des Tiegels beträgt.
■\. Tiegel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Auskleidung 20 bis 30% der
Gesamtwandstärke des Tiegels beträgt.
5. Tiegel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der amorphen
Schicht (3) wenigstens 1/10 der Dicke der Auskleidung (2) beträgt.
6. Tiegel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bodenteils (2')
der Auskleidung (2) größer ist als die Dicke deren zylindrischen Teils (2").
7. Verfahren zur Herstellung des Tiegels nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in
eine rotierende Form (4) zunächst Körnung aus natürlichem, kristallinem Quarz eingefüllt und als
Schicht (8) auf der Innenwand (9) der Form abgelagert, danach Körnung aus synthetischem,
kristallinem Quarz eingefüllt und auf der Schicht (8) als Schicht (11) abgelagert wird, daß dann unter
Aufrechterhaltung der Rotation der Form (4) eine Heizquelle (13) in die Form vorgeschoben und der
Innenraum über die Temperatur des Schmelzpunktes der Körnung (11) erhitzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung der Zufuhrgeschwindigkeit
der Körnung die Dicke der Auskleidung und/oder der Außenschicht eingestellt wird.
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