DE69203356T2

DE69203356T2 - Arbeitsfläche geringer Verunreinigung zur Herstellung von Silicium der Halbleitergeräte.

Info

Publication number: DE69203356T2
Application number: DE69203356T
Authority: DE
Inventors: Richard Carl Dumler; Matthew James Stavely
Original assignee: Hemlock Semiconductor Corp
Current assignee: Hemlock Semiconductor Operations LLC
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1992-01-22
Publication date: 1996-03-07
Anticipated expiration: 2012-01-23
Also published as: JPH06151569A; DE69203356D1; EP0497497A2; EP0497497B1; US5123636A; EP0497497A3

Description

Die vorliegende Erfindung ist eine Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung für die Verarbeitung von Silicium von Halbleiterqualität. Die Arbeitsfläche umfaßt eine parallele Anordnung von Siliciumelementen, die eine ebene Fläche bilden. Die Siliciumelemente sind von einer Reinheit, die mit der Reinheit des zu verarbeitenden Siliciums von Halbleiterqualität vergleichbar ist, so daß die Verunreinigung durch den Kontakt minimiert wird. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung Bestandteil einer Arbeitsvorrichtung, die ein anfängliches Sieben des zu verarbeitenden Siliciums von Halbleiterqualität sowie ein Sortieren der Größe nach ermöglicht.
Die Herstellung von integrierten Schaltkreisen mit hoher Dichte erfordert Wafer aus monokristallinem Silicium von hoher Reinheit. Verunreinigungen durch Übergangsmetalle, einschließlich u.a. Kupfer, Gold, Eisen, Kobalt, Nickel, Chrom, Tantal, Zink und Wolfram, sowie Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, Bor und Phosphor, sind besonders schädlich. Diese Verunreinigungen führen selbst in geringen Mengen Fehlstellen in das Halbleitermaterial ein, die schließlich zu einer verminderten Leistung der Vorrichtung und zu einer begrenzten Schaltkreisdichte führen können.
Üblicherweise wird ein polykristallines Silicium von hoher Reinheit durch Abscheidung aus chemischen Dämpfen eines hochreinen, gasförmigen Chlorsilans auf einem erhitzten Substrat hergestellt. Das entstehende Produkt sind Stäbe aus polykristallinem Silicium. Das polykristalline Material muß weiter verarbeitet werden, um ein monokristallines Silicium zu erzeugen, aus dem Siliciumwafer geschnitten werden können.
Ein erheblicher Anteil des von der Halbleiterindustrie benötigten monokristallinen Siliciums wird nach dem gut bekannten Verfahren hergestellt, das zuerst von Czochralski beschrieben wurde. In einem typischen Czochralski- Verfahren werden Siliciumstücke in einem geeigneten Gefäß geschmolzen, und ein Siliciumimpfkristall wird verwendet, um einen monokristallinen Stab aus Silicium von Halbleiterqualität aus der Schmelze zu ziehen. Die Steuerung dieses Kristallwachstumsprozesses erfordert, daß die dem Gefäß, das die Schmelze enthält, zugeführten Siliciumstücke innerhalb eines definierten Größenbereichs liegen. Daher ist es nötig, daß die in dem Verfahren durch Abscheidung aus chemischen Dämpfen entstandenen polykristallinen Stäbe in Stücke gebrochen und diese Stücke zu geeigneten Größenverteilungen sortiert werden.
Belk beschreibt im US-Patent Nr. 4,857,173 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Abtrennung von Siliciumimpfkristallen von Siliciumstaub und großen, schweren Siliciumteilchen. Die Vorrichtung ist eine senkrecht orientierte Kolonne, in der ein Inertgas aufwärts strömt. Ein Gemisch aus Teilchen verschiedener Größe wird in den Mittelteil der Kolonne eingeführt, so daß kleine Staubteilchen und Teilchen mit der gewünschten Größe mit dem strömenden Gas fortgetragen werden und schwerere Teilchen in einen Aufnahmebehälter am Boden der Kolonne fallen. Die Teilchen mit der gewünschten Größe werden in einem Auffangbehälter in der Nähe des oberen Endes der Kolonne festgehalten. Belk stellt fest, daß es vorteilhaft ist, für den Kontakt mit den zu klassierenden Teilchen von verschiedener Größe ein nicht verunreinigendes Material zu verwenden, wenn ein Gemisch von Teilchen mit hoher Reinheit mit dem Apparat oder nach dem Verfahren der Erfindung klassiert wird.
Dumler et al beschreiben in DE-A-41 13 093 eine Vorrichtung zur Trennung von Siliciumstücken von Halbleiterqualität ihrer Größe nach. Die beschriebene Vorrichtung ist ein zylindrischer Schirm mit Kontaktflächen aus Silicium von Halbleiterqualität, der drehbar verbunden ist mit einer Vorrichtung zum Drehen des zylindrischen Schirms. Die Siebvorrichtung minimiert die Oberflächenverunreinigung der Siliciumstücke.
Die Erfinder haben gefunden, daß die Arbeitsfläche, auf der Siliciumstäbe in Stücke zerteilt werden, ebenfalls eine Quelle für Verunreinigung der Siliciumstücke ist. Was hierin beschrieben wird, ist daher eine Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung für die Verarbeitung von Silicium von Halbleiterqualität. Die Arbeitsfläche umfaßt eine parallele Anordnung von Siliciumelementen, die eine ebene Fläche bilden. Die Siliciumelemente sind aus Silicium von einer Reinheit hergestellt, die mit derjenigen des zu verarbeitenden Siliciums von Halbleiterqualität vergleichbar ist, um eine Kontaktverunreinigung des verarbeiteten Siliciums zu vermeiden. Die Siliciumelemente können so angeordnet werden, daß sie ein anfängliches Sieben des verarbeiteten Siliciums der Größe nach ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ist eine Arbeitsfläche mit einem geringen Grad von Verunreinigung für die Verarbeitung von Silicium von Halbleiterqualität. Die Arbeitsfläche umfaßt eine parallele Anordnung von Siliciumelementen, die eine ebene Fläche bilden Die Siliciumelemente sind von einer Reinheit, die mit der Reinheit des zu verarbeitenden Siliciums von Halbleiterqualität vergleichbar ist, so daß die Kontaktverunreinigung des verarbeiteten Siliciums minimiert wird. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung Bestandteil einer Arbeitsvorrichtung, die die anfängliche Klassierung des zu verarbeitenden Siliciums von Halbleiterqualität ermöglicht.
Die fig. 1 stellt eine Arbeitsvorrichtung mit einer Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung dar, die eine parallele Anordnung von Siliciumelementen enthält, deren Stellung mittels veränderbarer Trägerelemente eingestellt wird. Fig. 2 gibt eine Ausführungsform eines veränderbaren Trägerelementes für die Siliciumelemente wieder, wobei das Trägerelement veränderbar auf einem Querträger angeordnet ist.
Fig. 1 gibt eine Arbeitsvorrichtung mit einem geringen Grad an Verunreinigung für die Gewinnung von Siliciumstücken wieder. Die Arbeitsvorrichtung besteht aus einer Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung, die durch eine parallele Anordnung von Siliciumelementen 1 gebildet wird. Jedes Siliciumelement 1 wird durch veränderbare Trägerelemente 2 in seiner Stellung gehalten. Das veränderbare Trägerelement 2 ist veränderbar auf einem Querträger 3 angeordnet, der von dem Basisteil 4 getragen wird. Das veränderbare Trägerelement 2 erlaubt, Spalten zwischen den parallel angeordneten Siliciumelementen 1 zu schaffen. Das Basisteil 4 ist ein geschlossenes Gebilde aus Edelstahl, das eine Zugangstür 5 besitzt. Innerhalb des Basisteils 4 ist eine Rutsche 6 angeordnet, die Siliciumfeinteile und -stücke von Halbleiterqualität, die die zwischen den Siliciumelementen geschaffenen Spalten passieren, in den entfernbaren Sammelbehälter 7 leiten, der sich unterhalb der parallelen Anordnung von Siliciumelementen befindet.
Fig. 2 zeigt ein Siliciumelement 1, das in einem beweglichen Trägerelement 2 enthalten ist, welches auf einem Querträger 3 veränderbar angeordnet ist. Das bewegliche Trägerelement 2 ist auf dem Quertrager 3 mittels eines Bolzens 8 befestigt, der durch ein Loch in dem Grundteil des beweglichen Trägerteils und einen Schlitz in dem Querträger 3 geführt ist. Der Schlitz in dem Querträger 3 gestattet, daß das bewegliche Trägerelement 2 bewegt werden kann, um Spalten zwischen den parallel angeordneten Siliciumelementen zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung ist eine Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung für die Verarbeitung von Silicium von Halbleiterqualität. Die Oberfläche umfaßt eine parallele Anordnung von Siliciumelementen, die eine ebene Fläche bilden. Die Stellung der Siliciumelemente kann mittels veränderbarer Trägerelemente verändert und eingestellt werden. Die Arbeitsfläche mit den veränderbaren Siliciumelementen kann Teil einer Arbeitsvorrichtung für die Gewinnung von Siliciumstücken sein, wobei die veränderbaren Trägerelemente veränderbar auf einem oder mehreren Querträgern angeordnet sind, die von einem Basisteil getragen werden. Das Basisteil kann einen Sammelbehälter enthalten, der unterhalb der Siliciumelemente angeordnet ist.
Die Grundlage für die vorliegende Erfindung ist eine Arbeitsfläche, die Silicium von Halbleiterqualität, das mit der Arbeitsfläche in Berührung kommt, nicht erheblich verunreinigt. Um eine Verunreinigung des Siliciums von Halbleiterqualität durch die Arbeitsfläche zu vermeiden, ist die Arbeitsfläche aus Silicium mit vergleichbarer oder höherer Reinheit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Arbeitsfläche als eine parallele Anordnung von Siliciumelementen ausgeführt, die eine ebene Fläche bilden. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eignet sich besonders für ein Verfahren, das die Zerkleinerung von Silicium von Halbleiterqualität in Teile mit kleineren Größen einschließt.
Das Siliciumelement wird aus Silicium hergestellt. Die Bezeichnung "silicium" bezieht sich auf ein Material vom metalloiden Typ, das mehr als 90% elementares Silicium enthält. Es wird bevorzugt, daß die Siliciumelemente aus einem Material vom metalloiden Typ hergestellt werden, das mehr als 99,99% elementares Silicium enthält. Das Silicium, aus dem die Siliciumelemente bestehen, kann entweder polykristallines Silicium oder monokristallines Silicium sein. Um den Siliciumelementen zusätzliche Stärke zu verleihen, wird es bevorzugt, daß die Siliciumelemente bei Temperaturen von 800ºC bis 1.350ºC getempert werden.
Die Siliciumelemente können aus festem Silicium hergestellt werden oder aber aus Trägerelementen, die mit Silicium beschichtet sind. Die Siliciumelemente können eine beliebige Form haben, die die Schaffung einer ebenen Fläche gestattet. Die Siliciumelemente können z.B. runde Stäbe oder quadratische, dreieckige oder andere Stäbe mit vielen Facetten sein; oder aber eine Kombination solcher Stäbe. Die Siliciumelemente können eine flächige Form aufweisen. Eine bevorzugte Form für die Siliciumelemente ist die eines Stabes mit halbkreisförmigem Querschnitt. Eine solche Form kann beispielsweise durch Zerschneiden eines runden Stabes aus Silicium mittig in Längsrichtung hergestellt werden, wodurch zwei halbkreisförmige Stäbe geschaffen werden. Der runde Stab kann beispielsweise nach einem Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium durch Abscheidung aus chemischen Dämpfen hergestellt werden.
Die Siliciumelejnente können in einer beliebigen Konfiguration angeordnet werden, auf der Silicium von Halbleiterqualität sich befinden und verarbeitet werden kann. Bevorzugt wird eine Arbeitsfläche, die eine parallele Anordnung von Siliciumelementen enthält, die eine ebene Fläche bilden. Besonders bevorzugt wird eine Arbeitsfläche, die eine parallele Anordnung von Stäben mit halbkreisförmigem Querschnitt enthält, welche eine ebene Fläche bilden.
Die Siliciumelemente, die die Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung bilden, können mittels veränderbarer Trägerelemente eingestellt werden. Die Siliciumelemente sind spröde und neigen zum Zerbrechen. Es wird daher bevorzugt, daß die Siliciumelemente einen Träger haben, auf dem sie liegen können oder in den sie teilweise eingeschlossen sind. Der Träger kann aus einem beliebigen Material von genügender Stärke hergestellt werden, um das Siliciumelement zu unterstützen. Das Trägermaterial kann beispielsweise ein Metall sein, wie Stahl, Edelstahl oder Aluminium. Das Trägermaterial kann auch ein synthetisches Polymeres sein, wie Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polyurethan oder Teflon. Ein bevorzugtes Trägermaterial ist eine Metallegierung, wie Edelstahl. Die Form des Trägermaterials hängt von der Form des Elementes ab, das getragen werden soll. Es wird bevorzugt, daß das Trägermaterial eine Form hat, die die Siliciumelemente trägt, ohne mit dem zu verarbeitenden Silicium von Halbleiterqualität in Berührung zu kommen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 2 erläutert wird, enthält der Träger einen Längskanal mit halbkreisförmigem Querschnitt, der der Form eines halbkreisförmigen Siliciumelements entspricht.
Es wird bevorzugt, daß die Träger für die Siliciumelemente veränderbar sind. Unter veränderbar wird verstanden, daß die Träger Vorrichtungen haben, durch die Spalten zwischen den parallelen Siliciumelementen geschaffen, modifiziert und aufrechterhalten werden können. Die Spalten machen es möglich, daß Stäube und kleine Bruchstücke des verarbeiteten Siliciums von Halbleiterqualität von der Arbeitsfläche in einen Sammelbehälter gelangen, der unterhalb der Arbeitsfläche angeordnet ist.
Die veränderbaren Trägerelemente können veränderbar auf einem oder mehreren Querträgern angeordnet sein. Die Querträger können aus üblichen Materialien hergestellt werden, die das Gewicht der Siliciumelemente und der veränderbaren Trägerelemente tragen können. Der Querträger kann beispielsweise ein flacher Balken mit Kanalprofil (square channel beam) sein, wie in Fig. 2 dargestellt. Der Querträger kann aus Materialien hergestellt werden, die den für das veränderbare Trägerelement beschriebenen Materialien entsprechen. Daß die veränderbaren Trägerelemente veränderbar sind, kann durch Schlitze oder mehrfache Löcher in dem Querträger ermöglicht werden. Die veränderbaren Trägerelemente können auf den Querträgern mit üblichen Mitteln befestigt werden, z.B. durch Bolzen, Schrauben, Nieten oder ähnliche Mittel.
Die Querträger können auf einem Basisteil angebracht sein. Das Basisteil kann von üblicher Gestalt und aus üblichen Materialien hergestellt sein. Das Basisteil kann z.B. ein rechtwinkliger oder quadratischer Behälter sein, auf dem die Querträger, die die Siliciumelemente und die veränderbaren Trägerelemente tragen, ruhen und das Oberteil bilden. Das Basisteil könnte aus einer Mehrzahl von Stützen bestehen, die durch einen Rahmen verbunden werden, auf dem die Querträger ruhen. Es wird bevorzugt, daß das Basisteil so konstruiert ist, daß ein offener zentraler Raum vorhanden ist, in dem ein entfernbarer Sammelbehälter angeordnet werden kann, um das Silicium von Halbleiterqualität zu sammeln, das durch die Schlitze in der Arbeitsfläche fällt.
Der Sammelbehälter kann von beliebiger Form sein, die geeignet ist, um das Silicium von Halbleiterqualität aufzunehmen, das durch die Spalten in der Arbeitsfläche fällt. Das Konstruktionsmaterial des Sammelbehälters kann ein beliebiges Material von genügender Stärke sein, um das Siebgut aufzunehmen. Der Sammelbehälter kann mit einem Material, wie Polyethylen, ausgekleidet sein, um eine Verunreinigung des klassierten Siliciums von Halbleiterqualität, das als abgetrenntes Produkt gewonnen werden kann, zu minimieren.
Um die Sammlung des feinteiligen Siliciums und der Stükke, die durch die Schlitze zwischen den Siliciumelementen fallen, zu erleichtern, ist es nützlich, direkt unterhalb der Silikonelemente eine Rutsche anzuordnen. Die Funktion der Rutsche besteht darin, das feinteilige Silicium und die Stücke in Richtung auf die Mitte des Sammelbehälters zu leiten, so daß der Sammelbehälter weniger oft verfehlt wird. Die Rutsche kann von beliebiger üblicher Form sein, die das feinteilige Silicium und die Stücke in Richtung auf die Mitte des Sammelbehälters lenkt. Die Rutsche kann aus üblichen Metallen und Kunststoffen, wie zuvor beschrieben, hergestellt werden.
Die gesammelten feinen Teile und Stücke, die die Arbeitsvorrichtung mit einem geringen Grad an Verunreinigung passiert haben, können gesammelt und für Verwendungen gebraucht werden, die hochreines Silicium erfordern. In diesem Fall ist es wichtig, daß Oberflächen, wie diejenigen der Rutsche und des Sammelbehälters, aus einem wenig verunreinigenden Material, wie Silicium oder Polyethylen, hergestellt oder damit ausgekleidet werden.

Claims

1. Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung für die Verarbeitung von Silicium von Halbleiterqualität, umfassend eine parallele Anordnung von Siliciumelementen (1), die eine ebene Fläche bilden, wobei die Stellung der Siliciumelemente (1) mittels veränderbarer Trägerelemen te (2) veränderbar eingestellt wird.

2. Arbeitsvorrichtung mit einem geringen Grad an Verunreinigung zur Herstellung von Siliciumstücken, enthaltend

(A) eine Arbeitsfläche mit einem geringen Grad an Verunreinigung, wie in Anspruch 1 beansprucht;

(B) einen oder mehrere Querträger (3), getragen von einem Basisteil (4), wobei die veränderbaren Trägerelemente (2) auf den Querträgern (3) veränderbar angeordnet sind; und

(C) einen entfernbaren Sammelbehälter (7), der in dem Basisteil (4) enthalten und unterhalb der parallelen Anordnung von Siliciumelementen (1) angeordnet ist.