DE7229058U - Tubular quartz glass body - Google Patents
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Description
GebrauchsmusteranmeldungUtility model registration
"Rohrförmiger Quarzglaskörper""Tubular quartz glass body"
Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen, bei hohen Temperaturen formstabilen Quarzglaskörper für die Festkörpertechnologie, insbesondere für die Durchführung von Diffusionsverfahren in der Halbleitertechnologie.The invention relates to a tubular quartz glass body which is dimensionally stable at high temperatures for solid-state technology, especially for the implementation of diffusion processes in semiconductor technology.
Zur Dotierung von Festkörpern, beispielsweise von Silizium- odei Germaniumscneiben, mit Bor, Gallium, Indium, Phosphor, Arsen, Antimon, und zur Oxidation werden vorzugsweise Diffx^sionsverfahren benutzt. Diese Diffusionsverfahren werden unter sehr reinen Bedingungen bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen von höher als100O0C, durchgeführt. Daher wird hochreines Quarzglas in vielen Fällen als Werkstoff für die Diffusionsvorrichtungen, wie Diffusionsrohre oder Ampullen, benutzt.Diffusion processes are preferably used for doping solids, for example silicon or germanium wafers, with boron, gallium, indium, phosphorus, arsenic, antimony, and for oxidation. This diffusion processes are under very clean conditions at high temperatures, for example at temperatures higher als100O 0 C is performed. Therefore, high-purity quartz glass is used in many cases as a material for the diffusion devices, such as diffusion tubes or ampoules.
Bekannt bind aus der Deutschen Auslegeschrift 1 696 O61 rohr-, förmige Quarzglaskörper, die bei unter hohen Temperaturen durchzuführenden Herstellungsverfahren für Halbleiterbauelemente verwendet v/erden. Sie enthalten in der Aussenoberflächenschicht neben SiO2 zusätzliche Stoffe, die keine Halbleitergifte sind und/oder deren Diffusionsgeschwindigkeit in SiO2 bei Tempera- · türen im Bereich zwischen 1200 und 13800C klein gegenüber der von Natrium ist.Known from German Auslegeschrift 1 696 061 tubular quartz glass bodies which are used in manufacturing processes for semiconductor components to be carried out at high temperatures. They contain in the outer surface layer in addition to SiO 2 additional substances and any semiconductor poisons / or the rate of diffusion in SiO 2 at temperature · doors in the area from 1200 to 1380 0 C is small compared to that of sodium.
Bekannt sind ferner aus der Deutschen Offenlegungsschrift 1 771 077 Quarzglasrohre mit Überzug zur Verwendung bei Temperaturen über 10000C, die für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren verwendet werden. Sie zeichnen sich durchAlso known from German Offenlegungsschrift 1 771 077 are quartz glass tubes with a coating for use at temperatures above 1000 ° C., which are used to carry out semiconductor technology processes. You stand out
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einen Überzug aus einer zusammenhängenden, feinkristallinen Cristobalit-Schicht aus, dessen Dicke kleiner als 1# der Wandstärke des Cuarzglasrohres im Bereich des Überzuges ist.a coating of a coherent, finely crystalline cristobalite layer, the thickness of which is less than 1 # of the wall thickness of the Cuarz glass tube is in the area of the coating.
Diese bekannten rohrförmigen Quarzglaskörper besitzen den Vorteil, daß sie während längerer Vervreilzeit bei Temperaturen, die bis etwa 13000C reichen, keine Deformation bzw. plastische Verformung zeigen. Diese Quarzglaskörper sind also bei hohen Temperaturen formstabil. Als Quarzglasmaterial wird.hochreines Quarzglas im Hinblick auf die hohen Reinheitsforderungen bei der Halbleiterherstellung verwendet, wodurch die bekannten ■ Quarzglaskörper natürlich teuer sind.These known tubular quartz glass bodies have the advantage that they show no deformation or plastic deformation during prolonged Vervreilzeit at temperatures ranging to about 1300 0 C. These quartz glass bodies are dimensionally stable at high temperatures. High-purity quartz glass is used as the quartz glass material in view of the high purity requirements in the manufacture of semiconductors, which means that the known quartz glass bodies are of course expensive.
Ausgehend von diesem Stand der Technik hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen rohrförmigen, bei hohen Temperaturen formstabilen Quarzglaskörper für die Verwendung in der Festkörpertechnologie zu schaffen, der einerseits den hohen •Anforderungen an die Reinheit genügt, andererseits aber preisgünstiger ist als die bekannten Quarzglaskörper.Based on this prior art, the invention has the task of creating a tubular, at high temperatures To create dimensionally stable quartz glass bodies for use in solid-state technology, on the one hand the high • The purity requirements are sufficient, but on the other hand it is cheaper than the well-known quartz glass bodies.
Gelöst wird diese_Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Quarzglaskörper aus einem innerejj „rohrförmigen Teil aus hochreinem synthetischen Quarzglas besien^T'SiXt" αβϊϋ ein ihn um- . ' hüllender, aus erschmolzener Bergkristallkörnung oder erschmolzenem Bergkristallpulver bestehender JFeil verschmolzen ist, der die Keime oder die C-ristobalit-Schicht aufweist.Is dissolved diese_Aufgabe according to the invention in that the quartz glass body of a innerejj "tubular part Besien of high-purity synthetic quartz glass ^ T'SiXt" αβϊϋ it on environmentally. ', Is fused existing from erschmolzener rock crystal grain or molten rock crystal powder JFeil cases Direction, of the germs or Has C-ristobalit layer.
Injweiterer Ausgestaltung der Erfindung kann nun der rohrförmige Quarzglaskörper^ZU einer Diffusionsampulle dadurch ausgebildet werden, daß das eine Rohrende mit einem mit Rohrstutzen versehenen Deckel aus Quarzglas und das andere Rohrende mit einem Boden aus Quarzglas, der gegebenenfalls einen Rohrstutzen aufweist, gasdicht verschlossen ist.Injweiterer embodiment of the invention can now the tubular Quartz glass body formed as a result of a diffusion ampoule be that one end of the pipe is provided with a pipe socket Lid made of quartz glass and the other end of the tube with a base made of quartz glass, which may have a pipe socket, is sealed gas-tight.
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In die Bezeichnung "rohrförmige Quarzglaskörper" sollen selbstverständlich auch in der Halbleitertechnologie übliche bekannte Ampullenformen eingeschlossen sein, wie sie beispielsweise aus der britischen Patentschrift 1 244 009 und der französischen Patentschrift 2 078 934 bekannt sind. In the term "tubular quartz glass body" should of course be included in the semiconductor technology commonly known ampoule forms, as they are known for example from British Patent 1,244,009 and French Patent 2,078,934.
Die erfindungsgemäßen rohrförmigen, bei hohen Temperaturen formstabilen Quarzglaskörper weisen den Vorteil auf, daß nur ihre Innenflächen aus hochreinem synthetischen Quarzglas bestehen, wodurch die hohen Reinheitsanforderungen der Halbleitertechnologie erfüllt werden. Der Außenteil des rohrförmigen Quarzglaskörpers besteht aus einem Quarzglas, das in der Herstellung nicht so teuer ist wie das synthetische Material. Darüberhinaus haben die erfindungsgemäßen rohrförmigen Quarzgläskör-peir den weiteren Vorteil ' iner noch größeren Stabilität bei hohen Diffusionstemperatureji als formstabilisierte rohrförmige Quarzglaskörpei aus synthetischem Quarzglas, weil das aus erschmolzenem Bergkristallpulver oder aus erschmolzener Bergkriatallkörnung hergestellte Quarzglas eine höhere Viskosität: als synthetisches Quarzglas hat und somit zusätzlich eine Erhöhung der Formstabilität des rohrförmigen Quarzglaskörpers nach der Erfindung bewirkt.The tubular quartz glass bodies according to the invention, which are dimensionally stable at high temperatures, have the advantage that only their inner surfaces consist of high-purity synthetic quartz glass, whereby the high purity requirements of semiconductor technology are met. The outer part of the tubular quartz glass body consists of a quartz glass which is not as expensive to manufacture as the synthetic material. In addition, tubular Quarzgläskör-peir according to the invention has the further advantage 'iner even greater stability at high Diffusionstemperatureji as a dimensionally stabilized tubular Quarzglaskörpei of synthetic quartz glass, because the quartz glass made from molten rock crystal powder or erschmolzener Bergkriatallkörnung a higher viscosity: has as a synthetic quartz glass, and thus an additional Increases the dimensional stability of the tubular quartz glass body according to the invention.
Bewährt haben sich rohrförmige Quarzglaskörper nach der Erfindung, bei denen die VTandstärke des aus erschmolzenem Bergkristallpulver oder aus erschmolzener Bergkristallkörnung bestehendeiTeils mindestens 50% der Gesamtwandstärke des Guarzglaskörpers beträgt. Der innere rohrförmige Teil aus hochreinen synthetischen Quarzglas muß eine Wandstärke von mindestens 0,05 mm besitzen.Tubular quartz glass bodies according to the invention have proven useful, where the Vand strength of the melted rock crystal powder or consisting in part of fused rock crystal grains at least 50% of the total wall thickness of the guar glass body amounts to. The inner tubular part made of high-purity synthetic quartz glass must have a wall thickness of at least 0.05 mm.
Es ist selbstverständlich auch möglich, an die erfindungsgemäß ausgebildeten rohrförmigen Quarzglaskörper Rohrteilstücke an einem oder an beiden Enden anzuschmelzen, die nrr aus er-It is of course also possible to attach pipe sections to the tubular quartz glass body designed according to the invention to melt one or both ends, the number of
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schmolzenem Bergkristallpulver oder aus erschmolzener Bergkristallkörnung bestehen, die gegebenenfalls,wie an sich bekannt, durch Keime oder durch eine Cristobalitschicht formstabilisiert sein können. Wenn solche rohrförmigen Quarzglaskörper bei Diffusionsverfahren in der Halbleitertechnolocie verv/endet v/erden, so werden die angesetzten Rohrteilstücke nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt.melted rock crystal powder or from melted rock crystal grains exist, which optionally, as known per se, are shape-stabilized by seeds or by a cristobalite layer could be. When such tubular quartz glass bodies are used in diffusion processes in semiconductor technology ends up being grounded, the attached pipe sections are not exposed to the high temperatures.
Die Fig. 1 und 2 sJ sllen in Ansicht einen rohrförmigen Quarzglaskörper gemäß der Erfindung dar.Figs. 1 and 2 s J sllen in view of a tubular quartz glass body according to the invention.
Fig. 3 stellt einen Vertikalschnitt durch einen zu einer Ampulle ausgebildeten rohrförmigen Quarzglaskörper gemäß der Erfindung dar.3 shows a vertical section through a tubular quartz glass body formed into an ampoule according to FIG Invention.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein innerer'rohrförniger Teil bezeichnet, der aus hochreinem, synthetischem Quarzglas besteht. Dieser rohrförmige Teil Ί wird von einem Teil 2 umhüllt, welcher mit dem Teil 1 verschmolzen ist. Teil 2 besteht aus erschmolzener -Bergkristallkörnung oder erschmolzenem Bergkristallpulver. In der Außenoberflächenschicht enthält der Teil 2 zusätzlich eingebrachte Keime 3, die die Kristallbildung fördern und aus solchen Stoffen bestehen, die kejre Halbleitergifte sind und/oder deren Diffusionsgeschwindigkeit in SiO2 bei Temperaturen im Bereich zwischen 1200 und 13?0°C klein gegenüber der von Natrium ist.In FIG. 1, the reference numeral 1 denotes an inner tubular part which consists of high-purity, synthetic quartz glass. This tubular part Ί is enveloped by a part 2 which is fused with part 1. Part 2 consists of molten rock crystal grains or molten rock crystal powder. In the outer surface layer, part 2 additionally contains nuclei 3 that promote crystal formation and consist of substances that are not semiconductor poisons and / or whose diffusion rate in SiO 2 at temperatures in the range between 1200 and 13? 0 ° C is small compared to that of Sodium is.
Der in Fig. 2 dargestellte rohrförmige C.uarzgias.:örper unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß der Teil 2 anstelle der Keime 3 gemäß Fig. 1 als Außenoberflächenschicht eine zusammenhängende, feinxristalline Cristobalit-Schicht 4 aufweist.The tubular C.uarzgias.:body shown in Fig. 2 differs differs from that shown in Fig. 1 essentially in that the part 2 instead of the germs 3 according to FIG The outer surface layer is a coherent, fine crystalline Has cristobalite layer 4.
Die in Fig. 3 dargestellte Quarzglasampulle besteht aus einem rohrförmigen Teil 9, der entweder gemäß Fig. 1 oderThe quartz glass ampoule shown in FIG. 3 consists of a tubular part 9, which is either shown in FIG. 1 or
Fig. 2 aufgebaut ist. Das eine x.nde des rohrförmigen Teiles 9 ist mit einem Deckel 5 aus C-.uarzglas gasdicht verschlossen, der einen Rohrstutzen 6 aufweist, der beispielsweise zum Evakuieren der Ampulle dient und durch den £.:ewünschtenfalls Dotierstoffe zum Dotieren von Halbleiterplätt-chen eingeleitet werden können.Fig. 2 is constructed. The one x-end of the tubular part 9 is sealed gas-tight with a cover 5 made of C-.uarzglas, the has a pipe socket 6, which is used, for example, to evacuate the ampoule and through which dopants, if desired can be initiated for doping semiconductor wafers.
Das andere Ende des rohrförmigen Teiles 9 ist mit dem Boden 7 aus Quarzglas gasdicht verschlossen, der gegebenenfalls noch einen Rohrstutzen 8 - in der Zeichnung gestrichelt dargestellt aufweisen kann. Besonders hat sich ein nach außen verschließbarer Rohrstutzen bewährt, in dem gegebenenfalls Dotierstoffe für Halbleiterbauelemente gelagert sind. In diesem Falle wird der Rohrstutzen 6 nur als Pumpstutzen verwendet.The other end of the tubular part 9 is sealed gas-tight with the base 7 made of quartz glass, which optionally also may have a pipe socket 8 - shown in dashed lines in the drawing. In particular, one that can be locked to the outside has proven itself Proven pipe socket in which dopants for semiconductor components are stored if necessary. In this case it will the pipe socket 6 is only used as a pump socket.
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