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Bei dem gesamten Herstellungsverfahren zur Herstellung von
Halbleitervorrichtungen, wie beispielsweise Dioden und Transistoren,
enthält ein kritischer Teil des Verfahrens viele Schritte einer
Verarbeitung bei erhöhter Temperatur, einschließlich einer Oxidation,
Dünnfilm-Ablagerungen und eines Dotierens dünner Silizium-Wafer,
vermischt mit Schritten eines Ätzens von Vertiefungen oder Mustern
auf der Oberfläche der Wafer, um das Ausbilden von Transistoren und
anderen Halbleiter-Vorrichtungen zu schaffen. Diese
Halbleiter-Vorrichtungen werden einzeln oder in einer integrierten
Schaltkreisanordnung hergestellt. Die Oxidationsschritte und
verschiedene Dotierungs- und Beschichtungsoperationen, denen die
Siliziumscheiben ausgesetzt werden, enthalten Aufheiz- und
Abkühlzyklen in Öfen bei Temperaturen in dem Bereich von 400 bis
1350ºC. Diese kritischen Schritte einer thermischen Verarbeitung
finden in speziellen elektrisch aufgeheizten Muffelöfen statt. Die
Siliziumscheiben werden in Näpfchen, am Werkzeug befestigten
(Aufspann-) Vorrichtungen oder Spannvorrichtungen aus Quarz,
Siliziumkarbid, mit Silizium imprägniertem Siliziumkarbid oder
Polysilizium angeordnet, die dann in dem Verarbeitungsrohr des
Muffelofens angeordnet werden, und die Siliziumscheiben werden
während eines vorbestimmten Zeit-/Temperatur-/Atmosphären-Zyklus
bearbeitet. Die Atmosphäre wird sorgfältig gesteuert und
normalerweise werden Gase in das eingeschnürte bzw. reduzierte Ende
des Verarbeitungsrohrs des Diffusionsofens geführt. Bei diesen
Schritten der Verarbeitung sind die Siliziumscheiben in den Näpfchen
typischerweise auf einer Schaufel gehalten. Diese Komponenten und
Verarbeitungsrohre müssen aus einem Material mit ausgezeichneter
Wärmeschockfestigkeit ausgebildet sein, um ein schnelles Aufheizen
auf Temperaturen in der Größenordnung von 400º bis 1350ºC und und ein
schnelles Abkühlen zurück zur Raumtemperatur zuzulassen. Das
Material, aus dem die Komponenten und andere Ofenteile hergestellt
ist, muß auch eine hohe mechanische Festigkeit haben, die Fähigkeit
haben, seine Form während einer großen Anzahl von Aufheiz- und
Abkühlzyklen beizubehalten, und das Material darf nicht ausgasen,
d.h. während Operationen bei erhöhter Temperatur irgendwelche
unerwünschten Unreinheiten in die Verarbeitungsatmosphäre einführen,
und die Komponenten dürfen keinerlei staubähnliche Kontaminierung
einführen. Reinheit und eine Kontrolle von Unreinheiten sind äußerst
wichtig für das Erreichen der gewünschten elekrischen
Endcharakteristiken in den Halbleiter-Vorrichtungen. Zusätzlich
behalten die zusammengesetzten Komponenten der Erfindung,
gegensätzlich zu Quarz, ihre physikalische Festigkeit bei
Temperaturen bei, die weit über den normalen
Verarbeitungstemperaturen liegen.
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Diese hohen Anforderungen schränken die Anzahl von Materialien
ernsthaft ein, die erfolgreich verwendet werden können, um Teile oder
Komponenten eines Diffusionsofens herzustellen. Im allgemeinen
bestehen die Ofenkomponenten aus einer Buchse, die in den
ringförmigen Raum zwischen dem Heizelement und dem Verarbeitungsrohr
paßt, wobei das Verarbeitungsrohr in die Buchse paßt und ein
reduziertes Ende für das Einführen der gewünschten Atmosphäre hat,
einer Schaufel - entweder als Träger mit Rädern oder als eine
einseitig eingespannte Stützvorrichtung -, auf der
Wafer-Stützvorrichtungen oder -Näpfchen angeordnet sind, wie sie
bekannt sind. Gelegentlich wird eine "innere" Buchse innerhalb des
Verarbeitungsrohrs für Verarbeitungen verwendet, die ein progressives
Aufbauen von Ablagerungen enthalten; diese innere Buchse kann für
gewünschte Eigenschaften passend gemacht werden und/oder kann nach
einem exzessiven Aufbau ohne ein Ersetzen des Verarbeitungsrohrs
ersetzt werden. Eine alternative Ofenkonfiguration kann jene sein,
bei der das äußerste Rohr das Verarbeitungsrohr ist, das ein inneres
Rohr enthält, das auch eine Buchse ist. Somit gibt es externe oder
äußere Buchsen und innere Buchsen. Jedesmal wenn hier der Ausdruck
"Buchse" verwendet wird, hat er die Bedeutung von sowohl externen als
auch internen Buchsen, soweit nicht angezeigt ist, daß einer der zwei
Ausdrücke gemeint ist. Das Verarbeitungsrohr, die Schaufel und das
Näpfchen sind aus geschmolzenem Silika-Quarz hergestellt, während die
Buchse aus Mullit oder Aluminiumoxid besteht. Jedoch verlieren die
Silika-Komponenten ihre mechanische Festigkeit und entglasen
fortschreitend im Laufe der Zeit bei den involvierten
Verarbeitungstemperaturen. Zusätzlich sind Quarz-Komponenten sehr
anfällig gegenüber einer extremen Verzerrung aufgrund des häufigen
Aufheizens oder Abkühlens des Materials und werden ein häufiges
Reinigen mit Fluorwasserstoffsäure nicht aushalten, das normalerweise
erforderlich ist, um die nötige äußerst reine Ofenumgebung
beizubehalten. Bei einer erst vor kürzerer Zeit durchgeführten
Abänderung des Verfahrens ist die Ofenbuchse, d.h. das Rohr, das das
Verarbeitungsrohr umgibt und stützt, aus Siliziumkarbid anstelle der
früheren Materialien Nullit und Aluminiumoxid hergestellt worden, und
in Verbindung mit einem Verarbeitungsrohr oder innerem Rohr aus Quarz
verwendet worden. Das Siliziumkarbid hatte eine hohe thermische
Leitfähigkeit und eine hohe Festigkeit verglichen mit anderen
Materialien und schuf eine Barriere gegenüber Natrium und anderen
Metallionen, die aus dem Heizelement und zugehörigen Materialien
kommen. Jedoch war das Siliziumkarbid porös und permeabel bzw.
durchlässig und konnte daher nicht für die kontrollierte Atmosphäre
und eine hochreine Umgebung sorgen, die für viele
Halbleiter-Herstellungsverfahren erforderlich ist. Aufgrund ihrer
Dicke und Dichte fügten Silizumkarbid-Buchsen auch eine signifikante
thermische Masse zu dem System hinzu, was für einige Verarbeitungen
nicht akzeptable lange Aufheiz- und Abkühlzeiten verursachte. Ein
weiterer Fortschritt bei Diffusionsöfen ist in dem US-Patent mit der
Nr. 3 951 587 offenbart. Die Ofen-Komponenten bestehen aus
Siliziumkarbid, das wenigstens zu 99% rein ist, und das mit Silizium
imprägniert ist, das wenigstens zu 99,9% rein ist. Aufgrund der
hohen Festigkeit, Undurchlässigkeit und Reinheit dieses Materials
konnte es ohne die Notwendigkeit einer separaten Buchse als ein
Verarbeitungsrohr verwendet werden. Dies sparte Platz und
verbesserte die gesamte Reinheit und Zuverlässigkeit, aber das
Problem der thermischen Masse blieb. Dieses Material wird auch für
Wafer-Näpfchen und -Schaufeln und andere Komponenten mit sehr gutem
Erfolg bei den meisten Operationen verwendet. Jedoch gibt es einige
Operationen, bei denen das freie Silizium ein Problem darstellt.
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Die US-A-4 580 524 beschreibt die Vorbereitung keramischer
Verbundstoffe durch Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren
von Siliziumkarbid- oder Siliziumnitrid-Matrizen auf einem faserigen
oder porösen Keramik-, Kohlenstoff- oder Metall-Substrat. Von
solchen Produkten ist gezeigt, daß sie nützlich für militärische
Anwendungen sind, wie beispielsweise für Raketen- und
Flugzeugmotor-Verbrennungskammern und für kommerzielle oder
industrielle Anwendungen, wie beispielsweise als Heizmotor- und
Turbinenkomponenten, Wärmeaustausch-Rohre und Pumpen- und
Ventilkomponenten für einen Hochtemperatur-Erosions-Umweltservice.
Die US-A-4 619 798 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines
Verarbeitungsrohrs für einen Diffusionsofen zum Herstellen von
Halbleiter-Vorrichtungen durch Hinzufügen eines Sinter-Hilfsmittels
und eines Binders zu einem Siliziumkarbid-Pulver, Gießen davon zu
einer vorbestimmten Form und Reinigen des gegossenen Körpers durch
ein Anordnen von ihm in einer Atmosphäre von Halogengas, Entgasen des
so gereinigten gegossenen Körpers in Vakuum und darauffolgendes
Sintern des entgasten gegossenen Körpers und darauffolgendes
Beschichten des gesinterten Körpers mit einem Siliziumkarbid-Film
durch Gasphasenabscheidung nach chemischem Verfahren.
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Es ist eine hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für
die Verwendung in einem Diffusionsofen Komponenten, wie
beispielsweise Buchsen und/oder ein Verarbeitungsrohr, eine Schaufel
und ein Näpfchen, zu schaffen, die eine bessere Widerstandsfähigkeit
gegenüber Oxidation, eine Wärmeschockfestigkeit, eine hohe
Festigkeit, die Fähigkeit, ihre Form über eine große Anzahl von
Aufheiz- und Abkühlzyklen zu behalten, eine Undurchlässigkeit
gegenüber Gasen, einen sehr kleinen Oberflächenbereich und eine
signifikante Reduktion der Wanddicke und der thermischen Masse
besitzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung schafft Komponenten für die Verwendung bei
einem Halbleiter-Diffusionsofen, die stark, undurchlässig und von
sehr hoher Reinheit sind, kein freies Silizium enthalten und eine
signifikante Reduzierung der Wanddicke und der thermischen Masse
bieten. Ein größerer Nachteil der mit Quarz und Silizium
imprägnierten Siliziumkarbid-Komponenten nach dem Stand der Technik
besteht in der Tatsache, daß, während diese Materialien von
irgendwelcher kontinuierlichen Porösität freigemacht sein können und
somit physikalisch impermeabel sind, das Quarz und das Silizium
zuläßt, daß Ionen mit einer relativ hohen Geschwindigkeit chemisch
durch die Wände der Komponente diffundieren. Die Siliziumkarbid- und
Siliziumnitrid-Matrizen der vorliegenden Erfindung haben
gegensätzlich dazu dieses Problem nicht.
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Die vorliegende Erfindung bietet die Verwendung einer Komponente für
einen Halbleiter-Diffusionsofen, wobei die Komponente ein
Verbundstoff einer impermeablen Matrix ist, das Siliziumkarbid oder
Siliziumnitrid und eine faserige Verstärkung darin und durch die
Matrix beschichtet ist, wobei die Verstärkung Siliziumkarbid,
Kohlenstoff oder mit Kohlenstoff beschichtetes Siliziumkarbid in der
Form eines vorgeformten Stoffs ist, wobei der Unreinheitspegel in der
Matrix 1 Gew.-% oder weniger ist, und wobei die Komponente ein
Verarbeitungsrohr, eine Buchse für ein Verarbeitungsrohr, eine
Schaufel oder ein Näpfchen ist, wobei die Beschichtung durch ein
chemisches Gasphasenabscheidungs-/infiltrationsverfahren zugefügt
wird. Genauer ausgedrückt beschäftigt sich die Erfindung mit der
Verwendung von Zusammensetzungen aus Siliziumkarbid oder
Siliziumnitrid als einer Matrix, mit einer internen faserigen
Verstärkung aus einem Siliziumkarbid-Stoff oder aus Kohlenstoff oder
aus Graphit-Stoff, einschließlich von
Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundstoffen, die in SiC umgewandelt sind.
Der Stoff hat vorzugsweise die Form eines gewebten Stoffes, aber es
können auch nichtgewebte Stoffe verwendet werden. Eine
Graphit-Beschichtung auf der Siliziumkarbid-Faser kann verwendet
werden, um einen Schlupf in der Matrix und somit eine größere
Bruchzähigkeit zu schaffen.
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Der Stoff, der eine offene Struktur hat, um eine Infiltration und
einen Aufbau der Matrix durch chemische Gasphasen-Infiltration und
-Abscheidung durch herkömmliche Techniken zuzulassen, wird zuerst in
die gewünschte Endform geformt. Dies kann unterstützt werden durch
das Verwenden eines temporären Binders, wie beispielsweise ein
flüssiges phenolisches die Hitze einstellendes Polymer, oder durch
Verwenden eines Thermoplasts, das durch ein Lösungsmittel aufgeweicht
ist. Vor der letztlichen Infiltration und Beschichtung wird das Harz
ausgebrannt.
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Nach einem Formen und Ausbrennen wird die Faser-Vorform in einer
geeigneten Hochtemperatur-Reaktionskammer infiltriert und
beschichtet. Die Infiltration und Beschichtung durch Siliziumkarbid
wird durch Wasserstoffreduktion von Methyltrichlorsilan erreicht.
Die Infiltration und Beschichtung durch Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) wird
durch Wasserstoffreduktion von Silizium-Tetrachlorid und Ammoniak
erreicht. Jedes dieser chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren
wird in einer Hochtemperatur-Reaktionskammer ausgeführt. Die Technik
der Dampfabscheidung auf einem geeigneten Substrat ist im Stand der
Technik bekannt. Das Grundverfahren ist eine Wasserstoffreduktion
des reaktiven Gases in dem Temperaturbereich von 1100º bis 1400ºC,
die verursacht, daß die Schicht auf einem erhitzten Substrat im
wesentlichen Molekül für Molekül abgeschieden wird. Dieses Verfahren
ist wohlbekannt und ist von D.P. Stinton et al. in "Advanced Cermics
by Chemical Vapor Deposition Techniques", CERAMIC BULLETIN, Bd. 67,
Nr. 2, 1988, Seiten 350 bis 355 beschrieben, welche Veröffentlichung
hierin durch Bezugnahme enthalten ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist ein Aufriß eines Verarbeitungsrohrs.
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Fig. 2 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel mit Rädern.
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht der Fig. 2 durch 3-3.
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Fig. 4 ist eine Draufsicht auf ein Näpfchen.
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Fig. 5 ist eine Schnittansicht des Näpfchens der Fig. 5 bei 5-5.
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Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht des teilweise
zusammengebauten Ofens mit einem Verarbeitungsrohr, einer
Schaufel und einem Näpfchen, wobei Siliziumwafer die auf dem
zuletzt genannten positioniert sind.
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Fig. 7 ist ein Aufriß einer Buchse, die eine externe oder eine
interne Buchse sein kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die kritischste Eigenschaft oder Charakteristik der bei der
Herstellung von Halbleiter-Vorrichtungen verwendeten
Diffusionsofen-Komponenten ist die chemische Reinheit oder wenigstens
ein Mangel eines Ausgasens irgendwelcher unerwünschter Unreinheiten,
die in den Materialien enthalten sein können, aus denen die
Komponenten hergestellt sind. Reinheit ist natürlich bei der
vorliegenden Erfindung so wichtig, wie sie es bei den
Diffusionsofen-Komponenten nach dem Stand der Technik ist. Jedoch
ist bei der vorliegenden Erfindung das Problem etwas reduziert, weil
man sich nicht übermäßig mit der Reinheit des gesamten Materials
beschäftigen muß, das in die Komponente gelangt, wenn a) die
CVD-Beschichtung von Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid rein ist, und
b) die CVD-Beschichtung auf der faserigen Verstärkung eine effektive
Barriere gegenüber irgendwelcher unerwünschter Unreinheiten ist, die
in der faserigen Verstärkung enthalten sind. Beschichtungs- oder
Matrixmaterial mit soviel wie etwa 1 Gew.-% oder weniger
unerwünschter Unreinheiten kann für die Ver- bzw. Bearbeitung einiger
Halbleiter-Vorrichtungen erfolgreich verwendet werden. Im
allgemeinen wird bevorzugt, daß der Pegel unerwunschter Unreinheiten
in der Matrix in der Größenordnung von etwa 0,1% oder weniger ist,
und am meisten bevorzugt wird ein Pegel von 0,01% oder weniger.
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Nicht alle Schmutzstoffe in dem Matrixmaterial sind notwendigerweise
unerwünscht; was eine Unerwünschtheit ausmacht steht in Relation zu
der Behandlung, die beispielsweise auf Silizium-Wafer angewandt wird.
Bei den meisten Anwendungen kann das Vorhandensein von Natrium,
Eisen, Vanadium, Kupfer, Bor und/oder Kalzium in der
Behandlungsatmosphäre äußerst schädlich für das Produkt sein, wie es
solche Elemente wie Nickel, Chrom und Magnesium sein können.
Andererseits ist das Vorhandensein von wesentlichen Mengen von
Aluminium in der Behandlungsatmosphäre in vielen Fällen relativ
unschädlich. Somit sollte den Pegel aller Unreinheiten für
Diffusionsofen-Komponenten mit universeller Verwendbarkeit so gering
wie möglich gehalten werden, aber es können Ausnahmen in Abhängigkeit
von der anzuwendenden Behandlung gemacht werden.
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Eine Analyse der Siliziumkarbid-Matrix einer kommerziell erhältlichen
Komponente gemäß der Erfindung ergab folgendes:
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Fe 22 ppm
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Al < 10 ppm
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B < 10 ppm
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Ni 1 ppm
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Cu 6 ppm
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Na 12 ppm
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Cr 1 ppm
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Ca 20 ppm
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Mg 6 ppm
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Diese Elemente sind mit der Ausnahme von Aluminium als schädlich für
die beabsichtigte Endverwendung dieser Komponenten bekannt, weshalb
sie die einzigen Elemente waren, für die die Matrix analysiert wurde.
Die Gesamtmenge von Unreinheiten war etwas geringer als 0,0088% oder
etwa 0,01%. Wenn es notwendig ist, kann eine Matrix mit einem noch
geringeren Pegel von unerwünschten Unreinheiten erzeugt werden, und
zwar durch Verwenden noch reinerer Anfangsmaterialien und einer noch
reineren Ausrüstung, als sie zum Erzeugen der Matrix verwendet
wurden, die analysiert wurde.
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Gegensätzlich dazu ergab eine Analyse des vollständigen
Verbundstoffs, d.h. Matrix und Verstärkung, die folgenden Ergebnisse:
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Fe 72 ppm
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Al 146 ppm
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B 50 ppm
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Ni 3 ppm
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Cu 98 ppm
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V 6 ppm
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Na 36 ppm
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Ca 64 ppm
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Die Summe an Unreinheiten betrug 475 ppm, etwa 0,05% des
Verbundstoffs. Dies ist etwa fünf Mal mehr als die Summe an
Unreinheiten in der Matrix allein. Wie es oben aufgezeigt ist, sind
die Unreinheiten in der Verstärkung, nämlich 0,04%, von der
impermeablen Matrix eingeschlossen und fügen daher dem Verfahren
keinen Schaden zu. Wie bei der Reinheit der Matrix selbst sollte die
Gesamtreinheit des Verbundstoffs 99 Gew.-% oder weniger, vorzugsweise
99,9% oder weniger, und am meisten bevorzugt 99,99% sein. Zum
gegenwärtigen Zeitpunkt kann nicht erreicht werden, daß ein
Reinheitspegel eines gesamten Verbundstoffs besser als 99,95% ist,
weil ein Matrixmaterial mit jenem Reinheitsgrad nicht verfügbar ist.
Jedoch wird, wenn sich die Hochtemperatur-Fasertechnologie
weiterentwickelt, sehr wahrscheinlich Material mit höherer Reinheit
verfügbar werden.
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Ein geeigneter Siliziumkarbid-Stoff zur Verwendung bei der Erfindung
ist ein glatter Nicalon-(Trademark)-Webstoff, der von der Nippon
Carbon Company in Japan hergestellt und von der Dow Corning
Corporation, Midland, Michigan, vertrieben wird. Ein typischer
Stoffaufbau zeigt 14 Garne pro laufendem Meter. Ein typisches
Garngewicht beträgt 210 Gramm pro Meter und die Garne sind aus 500
kontinuierlichen Fasern hergestellt, wobei die Fasern
durchschnittlich einen Durchmesser von 13 Microns haben. Andere
Gewebe, wie beispielsweise "Harnisch-Satin" oder geflochtene Formen
können auch verwendet werden.
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Um die Buchse 36 der Fig. 7 mit einer Wanddicke von etwa 2 mm
auszubilden, wird eine Länge des Stoffes (typischerweise 1 m breit)
geschnitten, um die gewünschte Länge und den gewünschten Durchmesser
der herzustellenden Buchse zu erzeugen. Es wird einen etwa 20 mm
breiten Überlappungssaum geben, der die Länge der Buchse
entlangläuft. Dieses Stoffstück wird dann auf einen Dorn bzw. eine
Spindel mit geeignetem Durchmesser gewickelt und mit einem geeigneten
temporären organischen Binder beschichtet und aufgeweicht. Oft wird
der Saumbereich eine zusätzliche Halterung benötigen, damit er flach
gehalten wird. Dies kann mit einer Litze aus Siliziumkarbid oder
einem anderen Garn durchgeführt werden, die oder das durch die
Überlappung genäht wird, oder viele Male um die gesamte Länge der
Buchse gewickelt wird.
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Der temporäre Binder wird dann aus der Buchse ausgebrannt und das
Siliziumkarbid wird durch chemische Gasphasenabscheidung in einer
aufgeheizten Reaktionskammer durch Wasserstoffreduktion von
Methyltrichlorsilan oder einer anderen herkömmlichen Technik
infiltriert und beschichtet. Alternativ dazu kann Siliziumnitrid
gleichermaßen abgeschieden werden. Eine ausreichende Infiltration
wird erreicht, so daß der Stoff im wesentlichen vollständig bedeckt
ist, und viele der Fasern sind mit der zugefügten Schicht umhüllt.
Ein typisches Produkt würde starke Anzeichen des gewebten Stoffes
durch das Muster auf seiner Oberfläche zeigen. Eine Schichtdicke
würde typischerweise von 25 bis 250 Micron reichen. Irgendeine
vernunftige Dicke kann durch Steuern der Gaszufuhr und der
Abscheidungszeit zugefügt werden.
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Ähnlich dazu kann das Verarbeitungsrohr 28 der Fig. 1 gebildet
werden. Die bevorzugte Form des Rohrs enthält einen (im Durchmesser)
kleiner werdenden bzw. reduzierten Abschnitt 2, der in einem
Kugelgelenk 4 oder in einer geraden Stabverbindung zur Gaszufuhr
endet. Der Teil kann durch Ausbilden der geraden und reduzierten
Abschnitte aus Stoff hergestellt werden, der auf einem Dorn gewickelt
und geformt wird. Alternativ dazu kann der Teil entweder durch
Wickeln von Litzen oder durch Ausbilden eines geflochtenen Rohrs auf
einem Dorn gebildet werden. Wiederum wird die Form mit einem
temporären Binder beschichtet und imprägniert, der bei etwa 200ºC in
Luft ausgebrannt wird, bevor der Teil in den CVD-Reaktor getan wird.
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Ähnlich dazu kann die Schaufel 30 der Fig. 2 mit dem Querschnitt, der
in Fig. 3 gezeigt ist, aus einer einzelnen Einheit oder einzeln
vorbereiteten Einheiten eines Stoffes geformt werden, einschließlich
der Endabschnitte 12 und 14 und des niedergedrückten Abschnitts 10,
in dem die Näpfchen der Fig. 4 angeordnet werden. Das Rad 6 würde
getrennt davon ausgebildet werden, und nach dem Schritt der
chemischen Gasphasenabscheidung angebracht werden. Alternativ dazu
kann die Schaufel nur an ihrem äußeren Ende mittels eines einarmigen
Hebelarms gestützt werden, wobei das Rad 6 eliminiert ist, um eine
mechanische Abnutzung und Verschmutzung des Diffusionsofens zu
vermeiden.
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Zum Herstellen des Näpfchens 16 der Fig. 4 mit dem Querschnitt, der
in Fig. 5 gezeigt ist, wird eine Länge von ein oder zwei Schichten
des Stoffs in einen geeigneten temporären Binder getaucht und in
einer Presse und unter Verwendung eines Dorns geformt, um ihm die
gewünschte Form zu geben, während er erhitzt wird, um das Harz
einzustellen. Vor dem Endbeschichtungs-Schritt werden die Schlitze
18 zum Führen der Wafer 34 durch eine schleifende Säge
ausgeschnitten.
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Fig. 6 zeigt das Zusammenwirken zwischen dem Verarbeitungsrohr 28,
der Schaufel 30 und dem Näpfchen 16, wobei das letztgenannte
teilweise mit Silizium-Wafern beladen ist, die in Schlitzen 18 im
Näpfchen 16 geladen sind. Die Schaufel 30 kann auf einem Rad 16
ruhen bzw. gestützt sein, oder ist vorzugsweise einseitig
eingespannt, wie es oben beschrieben ist, wobei kein Kontakt zu dem
Verarbeitungsrohr 28 besteht.
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In dem Fall, daß ein Verarbeitungsrohr aus Quarz für den Gegenstand
28 in Fig. 6 verwendet wird, ist die gesamte Einheit der Fig. 6
vorzugsweise in der Buchse 36 der Fig. 7 enthalten, und ist selbst in
einem elektrisch geheizten Ofen angeordnet und gehaltert, um die
Inhalte von der Ofenatmosphäre zu isolieren.
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Es kann in gewissen Fällen gewünscht sein, daß einige der Teile durch
das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden und
andere Teile durch davon unterschiedliche Verfahren und aus davon
verschiedenem Material hergestellt werden.
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Obwohl ein gewebter Stoff ein bevorzugtes Material ist, um die
faserige Verstärkung zuzuführen, können eine gewickelte Faser oder
nichtgewebte mittels Nähen gebundene Stoffe verwendet werden, und für
eine komplexe Geometrie können faserige Plättchen oder eine ähnliche
Konstruktion verwendet werden.
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Das bestimmte CVI- und CVD-Verfahren kann solange verändert werden,
bis eine impermeable und dichte Infiltration und Beschichtung durch
das Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid erreicht wird, und die Summe
des Inhalts an Unreinheit der Beschichtung wenigstens weniger als 1%
der Gesamtheit der Elemente von Natrium, Eisen, Bor, Nickel, Kupfer,
Chrom, Kalzium und Magnesium ist. Bei dem aktuellen kommerziell
erhältlichen Produkt ist der Pegel dieser unerwünschten Unreinheiten
auf etwa 0,01 Gew.-% oder weniger abgesenkt. Wie es auf dem
technischen Gebiet gut verstanden wird, ist es umso besser, je
niedriger der Unreinheitspegel ist.
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Wie es oben angegeben ist, ist einer der wichtigeren Vorteile der
vorliegenden Erfindung, daß die Komponenten eine viel niedrigere
thermische Masse haben, als die Diffusionsofen-Komponenten des
Standes der Technik, die dickwandige Teile aus Siliziumkarbid, mit
Silizium imprägniertem Siliziumkarbid oder Polysilizium haben.
Typischerweise haben diese Produkte der Erfindung eine Wanddicke in
der Größenordnung von 1 bis 5 mm oder mehr und vorzugsweise 1 bis 3
mm, wenn die Komponente groß ist. Es ist nicht ungewöhnlich, daß
Buchsen oder Verarbeitungsrohre eine Länge von 9 bis 10 Fuß (2,7-3
Meter) mit einem Durchmesser von 10-12 Inch (25,4-30,5 cm) haben.