DE2928089C3

DE2928089C3 - Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE2928089C3
Application number: DE2928089A
Authority: DE
Inventors: Horst 6450 Hanau Albrecht
Original assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzschmelze GmbH
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1982-03-04
Also published as: JPS5850955B2; JPS5617996A; GB2057105B; FR2461028B1; FR2461028A1; GB2057105A; DE2928089A1; DE2928089B2; US4528163A

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbund tiegel für halbleitertechnologische 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 Außen· teil des Tiegels besteht aus reinstem Quarz. Es ist mit einer Auskleidung aus Siliziumdioxid versehen, das durch Rektifikation von Silteiumtetraehlofid 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 Cristobilitüber-

zug 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 aus hochreinem Werkstoff aufweist die in jeder gewünschten, für den jeweiligen Verwendungszweck des Verbundtiegels ausreichenden Dicke kostengünstig herstellbar ist

Gelöst wird diese 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 liegt sie im Bereich von 20 bis 30% der Gesamtwandstärke des Tiegels. Verbundtiegel, bei denen wenigstens 1/10 der Dicke der Auskleidung in amorphem Zustand vorliegt, haben sich besonders bewährt

Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen die Dicke der Auskleidung im Bereich des Tiegeibodens größer 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 Außenschicht 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

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.) und 3 wird nachstehend die Erfindung beschrieben.

Fig. I zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Verbundtiegel,

F i g. 2 zeigt schematisch, teilweise im Vertikalschnitt, die Herstellung eines Verbundtiegels,

Fig.3 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Verbundtiegel in weiterer Ausgestaltung.

Mit der Bezugsziffer 1 ist die Außenschicht 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 Auskleidung beträgt Die Dicke der Auskleidung ist in F i g. I 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 F i g. 3 dargestellte Verbundtiegel unterscheidet sich von dem in F i g. 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 Fig.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 IC angedeutet 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

10

15

20

25 Beendigung dieses Vorgangs wird unter Aufrechterhaltung der Rotation die Heizquelle 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 H liegt Dadurch werden nicht nur die einzelnen Teilchen der Körnungen 8 und 11 untereinander, sondern auch beide Körnungen an ihrer Grenzfläche homogen miteinander verbunden, was vermutlich 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).

Durch die Wahl der Zufuhrgeschwindigkeit der Körnung, beispielsweise durch Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Füllrohres 7 in Pfeilrichtung 10, kann die Dicke der Schichten der Körnungen 8 und 11 in beliebiger, gewünschter Weise variiert werden. Dies besitzt den Vorteil, daß auf einfachste Weise u. a. die Dicke der Auskleidung probler^os den unterschiedlichsten Anforderungen der halbleiiertechnologischen Verfahren angepaßt werden kann.

Zusammenfassung

Die Erfindung besteht in einem Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke aus Siliziumdioxid. Der Tiegel besteht aus einer Außenschicht und einer Auskleidung, die unverrückbar miteinander verbunden sind. Für die Herstellung der Auskleidung wird Körnung aus synthetischem, kristallinem Quarz verwendet Die freie Oberfläche der Auskleidung ist glatt sie wird von einer amorphen Schicht gebildet Für die Außenschicht wird Körnung aus natürlichem Quarz verwendet Die Herstellung des Tiegels erfolgt in der Weise, daß in eine rotierende Form nacheinander die Körnungen eingefüllt und durch Erhitzen miteinander verbunden und die amorphe Schicht der Auskleidung erzeugt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verbundtiegel für halbleitertechnologische Zwecke aus Siliziumdioxjd 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

4. 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 Zufuhrgeschwin· digkeit der Körnung die Dicke der Auskleidung und/oder der Außenschicht eingestellt wird