DE3112820A1

DE3112820A1 - Verfahren zum herstellen von halbleiter-, insbesondere siliciumstaeben und -baendern aus pulverfoermigem ausgangsmaterial

Info

Publication number: DE3112820A1
Application number: DE19813112820
Authority: DE
Inventors: Horst 8520 Erlangen Müsebeck; Konrad Dr.phil.nat. 8011 Vaterstetten Reuschel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1982-10-14

Description

Verfahren zum Herstellen von Halbleiter-, insbesondere
Siliciumstäben und -bändern aus pulverförmigem Ausgangsmaterial Bei der Verarbeitung von Siliciumstäben zu Scheiben und weiter zu Halbleiterbauelementen tritt beim Sägen der -Stäbe, aber auch beim Läppen der Scheiben ein unvergleichlich hoher Materialverlust auf, der bei der heute üblichen Technik in der Größenordnung von 40 und mehr Prozent liegt.
Es handelt sich dabei um Material, das unter hohem technischen und finanziellen Aufwand einen Reinheitsgrad von 10 9, mindestens aber von 10'6 erhalten hat.
Mit mehr oder weniger Erfolg ist man schon immer bestrebt gewesen, abfallendes Halbleitermaterial wieder aufzubereiten und einer weiteren Verwertung zuzuführen. Für billige Halbleiterbauelemente, z.B. für Solarelemente, kann vernünftig aufbereitetes Silicium auf alle Fälle wieder verwendet werden.
Während bei grobkörnigem Siliciumpulver ein Zusammenschmelzen im Tiegel üblich ist, wird feinkörniges Material durch CVD-Prozeß auf dem Umweg über die Herstellung von SiHCl3 oder SiCl4 in eine kompakte Form übergeführt.
Solch ein Verfahren ist sehr aufwendig und für aus Sägeschlamm anfallendes Material wenig oder gar nicht geeignet.
Um dem Bedürfnis nach Aufbereitung von feinstem Siliciumpulver, wie es beispielsweise im Sägeschlamm anfällt, gerecht zu werden, sieht die vorliegende Erfindung vor, daß pulverförmiges Halbleitermaterial in einen dünnwandigen, vorzugsweise rohrförmigen, Hohlkörper eingebracht, danach der gefüllte Hohlkörper verschlossen und sein Inhalt durch Kaltverformung mechanisch verdichtet und schlieBlich der ummantelnde Hohlkörper wenigstens teilweise wieder entfernt wird.
Zweckmäßigerweise besitzt der rohrförmige Hohlkörper an der einen Stirnseite eine verschließbare Einfüllöffnung und an der anderen Stirnseite einen verjüngten Abschluß.
Der Hohlkörper selbst soll aus plastisch verformbarem Metall wie Kupfer, einer Kupfer-Nickel-Legierung oder Edelstahl bestehen.
Ein geeigneter rohrförmiger Hohlkörper hat bei einem Durchmesser von 10 bis 30 mm eine Länge von beispielsweise 300 bis 1000 mm und einen verjüngten Abschluß in Spitzkegelform mit einem Kegelöffnungswinkel von 300 bis 600.
Die Einfüllöffnung des Hohlkörpers wird in einfacher Weise mit einem Abschlußstopfen aus Weichmetall, vorzugsweise Aluminium, verschlossen. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die mechanische Verdichtung durch Ziehen des gefüllten Hohlkörpers durch eine Düse, durch Führen durch eine Walze oder einfach durch Hämmern dieses gefüllten Hohlkörpers erfolgt.
Zum Ablösen des Hohlkörpers ist ein chemisches Verfahren, vorzugsweise unter Verwendung eines Salpetersäurebades, am besten geeignet. Das Verfahren kann nun so weitergeführt werden, daß beim Ablösen vom bandförmigen Material nicht der ganze Mantel abgelöst wird, sondern nur eine Seite. Anschließend wird dann das Halbleitermaterial mit Hilfe eines Elektronenstrahls oder Laserstrahls im Scanning-Verfahren zu bandförmigem Halbleiterkristall und bei Vorgabe eines Impfkristalls auch zu Einkristall, insbesondere Siliciumeinkristall, verarbeitet.
Es ist ebenso möglich, daß bei völliger Ablösung des Hohlkörpers das so gewonnene Silicium entweder durch tiegelfreies Zonenschmelzen oder nach Einschmelzen in einem Tiegel nach dem Czochralski-Verfahren in einen Siliciumkristallstab umgewandelt wird.
Die Erfindung wird anhand einer als Ausführungsbeispiel zu wertenden Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt einen rohrförmigen Hohlkörper 1 aus Kupfer. Bei einer Länge von 1 m besitzt er einen Innendurchmesser von 3 cm und eine Wandstärke von einigen Zehntelmm. Das Rohrmaterial ist bedingt durch die Notwendigkeit der leichten Verformbarkeit und der einfachen chemischen Ablösung. Der Abschluß des Rohres 1 geschieht auf der einen Seite durch den Spitzkegel 2 mit einem Kegelöffnungswinkel von 300.
In das Innere des Rohres 1 wird pulverförmiges Silicium 3 mit einer Pulverkorngröße von 1 mm und darunter eingefüllt bzw. eingestampft. Nach Verschluß mit dem Aluminiumstopfen 4 wird dieser z.B. durch Umbördeln des Rohrendes 5 fixiert.
Wird solch ein Rohr durch eine entsprechende Düse gezogen, so läßt sich der Durchmesser auf etwa 5 mm verjUngen. Die Ziehgeschwindigkeit, die zwischen 10 und 50 cm/ sec. liegen möge, ist aber unter anderem bedingt durch Rohrmaterial, Rohrdurchmesser und Korngröße des verwendeten Silidums.
Durch Kaltverformung wird das eingefüllte Silicium so verdichtet, daß kompaktes Silicium in Stangen- oder Bandform erhalten wird. Es läßt sich mit den bekannten Verfahren wie tiegelfreies Zonenschmelzen oder Tiegelziehen unmittelbar zu hochwertigem Silicium weiterverarbeiten.
Es ist sogar möglich, solch einen Stab als Trägerkörper, d.h. als Dünnstab, bei der Polyabscheidung von Silicium aus der Gasphase einzusetzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Aufbereitung von Silidun aus Siliciumschlamm beschränkt, es ist mit besonderem Vorteil auch dort anwendbar, wo es gilt, durch Billigverfahren hergestelltes Silicium zu veredeln. Technisches Silicium, das z.B. durch Gießen von Platten, durch Sintern von Laminaten zu Schichten, Folien bzw. Ingots oder durch Lichtbogenverfahren aus Quarzsand gewonnen wurde, läßt sich technisch einfach und billig in kleine und kleinste Stückchen zerschlagen, zermahlen oder pulverisieren, um als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden zu können.
Bei Verdichtung des Halbleitermaterials zu Bandform und nur einseitiger Ablösung des Kupfermantels kann der auf der Bandunterseite verbleibende Mantelteil als Träger dienen, auf den das verdichtete Halbleiterpulver in kristalline und bei Verwendung eines Einkristallkeims auch in einkristalline Form übergeführt werden kann.
Der Metallteilmantel kann sogar an der Unterseite des Siliciums verbleiben und als Grundelektrode eines aus dem kristallinen Silicium zu fertigenden Bauelements, z.B. Solarzelle, dienen.
16 Patentansprüche 1 Figur Leerseite

Claims

Patentansp rüche 1. Verfahren zum Herstellen von Halbleiter-, insbesondere Siliciumstäben und -bändern aus pulverförmigem Ausgangsmaterial, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß pulverförmiges Halbleitermaterial in einen dünnwandigen, vorzugsweise rohrförmigen Hohlkörper aus dehnbarem elastischem und plastisch verformbarem Material eingebracht, danach der gefüllte Hohlkörper verschlossen und sein Inhalt durch Kaltverformung mechanisch verdichtet und der ummantelnde Hohlkörper wenigstens teilweise wieder entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß an der einen Stirnseite eine verschließbare Einfüllöffnung und an der anderen Stirnseite einen verjüngten Abschluß besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h ge -k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlkörper aus Kupfer besteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlkörper aus einer Kupfer-Nickel-Legierung besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Hohlkörper aus Edelstahl besteht.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der rohrförmige Hohlkörper bei einem Durchmesser von 10 bis 30 mm eine Länge von 300 bis 1000 mm hat.
7. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der verjüngte Abschluß Spitzkegelform mit einem Kegelöffnungswinkel von 300 bis 600 besitzt.
8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Einfüllöffnung des Hohlkörpers mit einem Abschlußstopfen aus Weichmetall, vorzugsweise Aluminium, verschlossen wird.
9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mechanische Verdichtung durch Ziehen des Hohlkörpers durch eine Düse erfolgt.
10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mechanische Verdichtung durch Führen des Hohlkörpers durch eine Walze erfolgt.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die mechanische Verdichtung durch Hämmern des Hohlkörpers erfolgt.
12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß der Hohlkörper wenigstens teilweise, vorzugsweise chemisch, mittels Salpetersäure abgelöst wird.
13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Verdichtung des Halbleitermaterials zu Bandform der Hohlkörper nur auf einer Seite des Bandes abgelöst wird.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,daß das so gewonnene Halbleitermaterial z.B. mittels Elektronen-oder Laserstrahlen im Scanning-Verfahren zu einem bandförmigen Kristall, insbesondere Siliciumeinkristall, umgewandelt wird.
15. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei völliger Ablösung des Hohlkörpers das so gewonnene Halbleitermaterial im Tiegel eingeschmolzen und nach dem Czochralski-Verfahren in einen Halbleiterkristallstab umgewandelt wird.
16. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei völliger Ablösung des Hohlkörpers das so gewonnene Silicium durch Zonenschmelzen in einen Siliciumkristallstab umgewandelt wird.