NL8303684A

NL8303684A - Onderdeel op basis van siliciumcarbide voor het vervaardigen van halfgeleiders.

Info

Publication number: NL8303684A
Application number: NL8303684A
Authority: NL
Original assignee: Toshiba Ceramics Co
Priority date: 1982-10-28
Filing date: 1983-10-26
Publication date: 1984-05-16
Also published as: GB2130192B; IT1169895B; DE3338755A1; FR2535312A1; FR2535312B1; IT8323430A0; GB2130192A; GB8328426D0

Description

, >* *s -1- 23519/Vk/mvl

Korte aanduiding: Onderdeel op basis van siliciumcarbide voor het vervaardigen van halfgeleiders.

De uitvinding heeft betrekking op onderdelen op basis van 5 siliciumcarbide, gevormd voor het vervaardigen van halfgeleiders. Met name heeft de uitvinding betrekking op verschillende soorten gevormde onderdelen op basis van siliciumcarbide zoals een buis voor het uitvoeren van een werkwijze, een bekledingsbuis, een wafelbord en meer in het bijzonder op siliciumcarbide gebaseerde gevormde voorwerpen voor 10 het vervaardigen van halfgeleiders waarbij een halfgeleiderorgaan kan worden vervaardigd zonder dat dit nagenoeg is verontreinigd,door een zuivering gedurende een korte.periode,voor de toepassing.

Het is bekend om SiC-Si-materialen toe te passen voor het vervaardigen van onderdelen voor een halfgeleider zoals een bewerkings-15 buis, een bekledingsbuis, een wafelbord en dergelijke. Conventionele SiC-Si-onderdelen voor dit doel zijn beschreven in het Amerikaanse octrooi 3.951.587 en de Japanse octrooiaanvrage 55-58527. Het onderdeel dat in de 'bekende stand van de techniek is beschreven bevat een silicium-carbidematrix als hoofdbestanddeel, geïmpregneerd met zeer zuiver 20 siliciummetaal, zodat het impermeabel voor gassen wordt. Dit onderdeel wordt gebruikt als een samenstellend onderdeel van een halfgeleider-diffusie-oven. Het onderdeel dat in deze bekende stand van de techniek is beschreven wordt zodanig vervaardigd dat vrij silicium vrij wordt gemaakt uit siliciumnitride en wordt geïmpregneerd in siliciumcarbide.

25 Tijdens deze impregnering wordt het kopergehalte lager gehouden dan 20 dpm en het gehalte aan alkalimetaal wordt lager dan 100 dpm gehouden.

Dit SiC-Si-onderdeel wordt gebruikt als een SiC-Si-aanzuigbuis, die impermeabel is voor gassen.

Dergelijke op siliciumcarbide gebaseerde onderdelen, toepas-30 baar bij het vervaardigen van halfgeleiders, hebben voordelen met betrekking tot de geleidbaarheid voor warmte, bestandheid tegen splijten en zijn impermeabel voor gassen. Deze op siliciumcarbide gebaseerde onderdelen worden gevormd en gezuiverd volgens een te voren bepaalde wijze, zodat op siliciumcarbide gebaseerde produkten worden verkregen.

35 Ter zuivering wordt het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde voorwerp verwarmd bij een temperatuur van ongeveer 1300 °C in een atmosfeer van HCl-gas. Het gezuiverde op siliciumcarbide gebaseerde produkt wordt

8 3 i 3 δ 0 V

-2- 23519/Vk/mvl verder gezuiverd door het te besproeien of door te spoelen met een HCl-gas of het wordt bedekt met een oxidefilm voordat het wordt toegepast. Het verkregen op siliciumcarbide gebaseerde produkt wordt vervolgens toegepast voor het vervaardigen van halfgeleiders.

5 Samen met de hogere pakkingsdichtheid van de halfgeleider- organen en door een vergroting van de diameter van siliciumwafels zal echter, zelfs indien een kleine hoeveelheid van een onzuiverheid aanwezig is, wanneer de siliciumwafel wordt onderworpen aan oxidatie en diffusie, het halfgeleideronderdeel worden verontreinigd waardoor 10 de werking van het halfgeleiderorgaan minder wordt en de opbrengst hiervan wordt verlaagd, Deze nadelen kunnen niet worden ontkend. Ten einde de werking van het halfgeleiderorgaan te verbeteren en de opbrengst te verhogen, wordt een laatste zuivering uitgevoerd van de op siliciumcarbide gebaseerde produkten, die worden toegepast bij het 15 vervaardigen van halfgeleiders en wordt een zuivering uitgevoerd direkt voor het gebruik van de gevormde produkten, welke zuiveringen aan strengere voorwaarden zijn onderworpen dan voorheen. 'Als een zuivering en schoonmaakbewerking echter op conventionele wijze worden uitgevoerd, wordt het op siliciumcarbide gebaseerde produkt geplaatst in een 20 atmosfeer van HCl-gas bij een temperatuur van ongeveer 1300 °C gedurende een lange tijdsduur zodat de onzuiverheden worden verwijderd. De behande-lingstijd wordt verder vergroot, hetgeen een tijdrovende bewerking is. Zodoende worden de kosten voor het vervaardigen van halfgeleiderelementen verhoogd, waardoor de effectiviteit voor het vervaardigen hiervan 25 minder wordt.

Het zuiveren en schoonmaken worden uitgevoerd om alleen het oppervlaktegedeelte van het gezuiverde produkt te reinigen, zodat een onzuiverheidscomponent binnen de produkten niet kan worden verwijderd. Een onzuiverheid die naar het inwendige is gediffundeerd van 30 een SiC-Si gevormd produkt, van het type zoals boven beschreven, wordt verder gediffundeerd naar het oppervlak wanneer het gevormde produkt door gloeien wordt bewerkt. In de praktijk diffundeert de onzuiverheid binnen het gevormde produkt naar het oppervlak en wordt zelfs tijdens het reinigen afgevoerd, hetgeen plaatsheeft in een atmosfeer van HC1-35 gas bij een hoge temperatuur. Daardoor is het reinigen een tijdrovende bewerking. Naast dit nadeel wordt, wanneer het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde produkt wordt toegepast voor het vervaardigen van 8303684 -3- 23519/Vk/mvl halfgeleiders daartoe wordt geplaatst in de halfgeleiderorganen voor praktisch gebruik, het produkt verwarmd, terwijl de siliciumwafel wordt onderworpen aan een verhitting en een diffusie van de onzuiverheid. Tijdens deze bewerkingen migreren de onzuiverheden die naar binnen 5 zijn gediffundeerd van het op siliciuracarbide gebaseerde gevormde produkt, naar het oppervlak. Het periodiek zuiveren van de onderdelen voor het vervaardigen van halfgeleiders wordt verlengd, hetgeen weer tot nadelen leidt. Daarom bestaat er bij deskundigen op dit gebied de vraag naar op siliciumcarbide gebaseerde produkten waarbij een onzuiver-10 heid die naar de binnenzijde van het produkt is gediffundeerd niet wordt afgevoerd aan het oppervlak zelfs wanneer het produkt wordt verwarmd bij een hoge temperatuur, zodat een halfgeleiderorgaan nagenoeg vrij is van verontreinigingen en het reinigen van het produkt effectief binnen een korte tijdsduur kan worden uitgevoerd.

15 Een eerste doelstelling volgens de uitvinding is het ver krijgen van een gevormd onderdeel,op basis van siliciumcarbide voor het vervaardigen van halfgeleiders, dat wordt toegepast voor het vervaardigen van een halfgeleider die nagenoeg vrij is van verontreinigingen. Verder wordt volgens de uitvinding gestreefd naar het verkrijgen van 20 een gevormd onderdeel op basis van siliciumcarbide voor het vervaardigen van halfgeleiders, zonder dat de werking van het halfgeleiderorgaan slechter wordt of de opbrengst hiervan daalt. Ook wordt volgens de uitvinding gestreefd naar het verkrijgen van een gevormd onderdeel op basis van siliciumcarbide voor het vervaardigen van halfgeleiders, waar-25 bij het reinigen wordt uitgevoerd na de vormgeving van het op siliciumcarbide gebaseerde materiaal, welke bewerking economisch binnen een korte tijdsduur kan worden uitgevoerd. Een verdere doelstelling volgens de uitvinding is het verkrijgen van een gevormd onderdeel op basis van siliciumcarbide voor het vervaardigen van halfgeleiders, waarbij een 30 onzuiverheid hieruit niet zal worden uitgevoerd, waarbij in hoofdzaak wordt voorkomen dat het halfgeleiderorgaan wordt verontreinigd wanneer het gevormde onderdeel wordt toegepast.

Ten einde de bovenvermelde doelstelling volgens de uitvinding te realiseren wordt een op siliciumcarbide gebaseerd onderdeel vervaar-35 digd ter verkrijging van halfgeleiders, hierdoor gekenmerkt, dat het toegestane vanadiumgehalte 60 dpm is en/of het toegestane totale gehalte aan zware metalen zoals ijzer, nikkel en chroom 100 dpm is en het totale 8303634 Μ -A- 23519/Vk/ravl toelaatbare gehalte aan alkalimetaaleleraenten 10 dpm of minder is.

Volgens de uitvinding zal een onzuiverheid nagenoeg niet worden gediffundeerd of afgevoerd uit een gevormd onderdeel op basis van siliciumcarbide, voor het vervaardigen van halfgeleiders, terwijl 5 het gevormde produkt wordt gebruikt, waarbij een halfgeleiderorgaan wordt verkregen met een hoge prestatie, welk onderdeel niet wordt verontreinigd en het gevormde onderdeel kan effectief binnen een korte tijdsduur worden gereinigd.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de 10 volgende beschrijving, waarbij is verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarbij: fig. 1 een grafiek is die het verband aangeeft tussen het totale gehalte (dpm) van zware metalen zoals Fe, Ni en Cr, aanwezig in een zuigleiding van een op siliciumcarbide gebaseerd materiaal dat 15 wordt toegepast bij het vervaardigen van halfgeleiders en de tijdsduur voor de zuivering van de genoemde buizen met verschillende gehalten aan onzuiverheden, in een atmosfeer van HCl-gas, zodat de gezuiverde leidingen kunnen dienen ter verkrijging van een halfgeleiderelement met een bedrijfsduur (MOS-τ) van 200 psec, (soaking pipe).

20 Fig. 2 een grafiek is die het verband aangeeft tussen het totale gehalte (dpm) van alkalimetalen (Na en K) aanwezig in een zuigleiding van het op siliciumcarbide gebaseerde materiaal zoals aangegeven in fig. 1 en de tijdsduur voor het zuiveren van de zuig- leidingen met verschillende gehaltes aan onzuiverheden in een atmosfeer 25 van HCl-gas zodat de gezuiverde leidingen kunnen dienen ter vervaar- 11 2 diging van een halfgeleiderelement met een Ν,^-waarde van 1 x 10 /cm , fd fig. 3 een grafiek is die het verband aangeeft tussen het gehalte (dpm) van met V-verontreinigd op siliciumcarbide gebaseerd materiaal voor een zuigleiding, die afwijkend is van de grafieken weer-30 gegeven in de fig. 1 en 2 en de tijd gedurende welke de leidingen met verschillende gehaltes aan onzuiverheden worden gezuiverd in een atmosfeer van HCl-gas, zodat de gezuiverde leidingen kunnen dienen ter verkrijging van een halfgeleiderelement met een dichtheid aan etsputjes 2 van 60/cm , 35 fig. A een grafiek is die het verband aangeeft tussen het totale gehalte (dpm) van alkalimetalen (Na en K) aanwezig in een zuigleiding van hetzelfde op siliciumcarbide gebaseerde materiaal als aan- 8303684 Η * -5- 23519/Vk/mvl gegeven in fig. 3 en de tijdsduur voor het zuiveren van de zuigleidingen met verschillende gehaltes aan onzuiverheden in een atmosfeer van • HCl-gas, zodat de gezuiverde leidingen kunnen dienen ter verkrijging 11 2 van een halfgeleiderelement met een Ν„ -waarde van 1 x 10 /cm , rij 5 fig. 5 een grafiek is die het verband aangeeft tussen het totale gehalte (dpm) van V, Fe, Mi en Cr, aanwezig in een zuigleiding van een op siliciumcarbide gebaseerd materiaal dat afwijkend is van die van de fig. 1 tot 4 en de tijdsduur gedurende welke de leidingen met verschillende gehaltes aan onzuiverheden worden gezuiverd in een 10 atmofseer van HCl-gas zodat de gezuiverde leidingen kunnen dienen ter vervaardiging van een halfgeleiderelement met een bedrijfsduur (MOS-τ) van 200 μsec, en fig. 6 een grafiek is die het verband aangeeft tussen het gehalte (dpm) van alkalimetalen (Na en K) aanwezig in een zuigleiding 15 van hetzelfde op siliciumcarbide gebaseerde materiaal zoals aangegeven in fig. 5 en de tijdsduur gedurende welke de zuigleidingen met verschillende gehaltes aan onzuiverheden worden gezuiverd in een atmosfeer van HCl-gas, zodat de gezuiverde leidingen kunnen dienen ter verkrijging 11 2 van een halfgeleiderelement met een N„ -waarde van 1 x 10 /cm .

Γ D

20 De op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdelen die kunnen worden toegepast bij het vervaardigen van halfgeleiders volgens de uitvinding omvatten alle op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdelen die kunnen worden toegepast voor het vervaardigen van een halfgeleider. Met name te noemen voorbeelden van de onderdelen die zijn 25 vervaardigd uit op siliciumcarbide gebaseerde materialen zijn een be-werkingsbuis, een bekledingsbuis, een wafelbord en een schoep. Een uitgangsmateriaal voor het vervaardigen van op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdelen volgens de uitvinding is het zeer zuivere siliciumcarbidepoeder met een deeltjesgrootte van 40 tot 200 ym. Roet 30 en harsen op basis van fenol worden toegevoegd indien dit nodig is aan het poeder van siliciumcarbide. Het verkregen mengsel wordt vervolgens gekneed ter bereiding van een granulaat. Het granulaat wordt vervolgens gedroogd en gevormd tot een te voren bepaald voorwerp zoals een be-werkingsbuis volgens een bekend procédé. Tijdens de vormgeving kan het 35 onvermijdbaar zijn dat onzuiverheden worden opgenomen. Met andere woorden wordt poedervormig siliciumcarbide,dat gewoonlijk wordt toegepast, bereid, zodat polykristallijn siliciumcarbide (gieteling genoemd) met grote 8303684 -6- 23519/Vk/ravl deeltjes wordt fijngemaakt met behulp van een roestvrij stalen fijnmaak-orgaan of gezeefd ter verkrijging van een gelijkmatige deeltjesgrootte. Wanneer echter siliciumcarbide met een hoge hardheid wordt fijngemaakt zullen onzuiverheden zoals Fe, Cr en dergelijke onoverkomenlijk hierin 5 worden opgenomen in een grote hoeveelheid. Verder worden onzuiverheden ingemengd tijdens het zeven voor het instellen van de juiste deeltjesgrootte. Een grote hoeveelheid V wordt als onzuiverheid in de koolstof opgenomen, als toegepast materiaal of aanwezig als rest van niet gereageerde koolstof bij de bereiding van het siliciumcarbide. Deze 10 onzuiverheden worden voldoende verwijderd door herhaald besproeien. Het besproeien wordt in het algemeen uitgevoerd in een HCl-gasvormige atmosfeer bij een temperatuur.van 1200 tot 1300 °C. In de praktijk is het echter zeer moeilijk om de onzuiverheden volledig te verwijderen tenzij het besproeien gedurende een langere tijdsduur wordt uitgevoerd, 15 zonder dat men rekening houdt met de te maken kosten.

In het kader van het verrichte onderzoek heeft men onderzocht welke onzuiverheden aanwezig waren bij de elementen voor het vervaardigen van halfgeleiders, waardoor de werking hiervan minder werd en daarbij bleek dat typische onzuiverheden zoals alkalische elementen, 20 Fe, Cr, Ni en V de belangrijkste onzuiverheden waren. Deze onzuiverheden kunnen aanwezig zijn in het uitgangsmateriaal en komen gedeeltelijk voor aan het oppervlak van het gevormde voorwerp verkregen door samenpersen of spuitgieten, maar zijn meestal aanwezig in het binnenste van het gevormde voorwerp door diffusie. Het gevormde voorwerp wordt · 25 verhit in een atmosfeer van HCl-gas in de daarop volgende bewerking en wordt gezuiverd. De primaire gevormde voorwerpen worden onderzocht met betrekking tot een te voren bepaalde mate van zuiverheid, zodat, ze voldoen aan de gestelde eisen met betrekking tot de zuiverheid. Daarna wordt het gezuiverde gevormde voorwerp geïmpregneerd met gesmolten 30 silicium in een oven, zodat de poriën van het gevormde lichaam worden gevuld met het gesmolten silicium. In deze toestand is het zeer moeilijk de onzuiverheden die naar binnen in het gevormde voorwerp zijn gediffundeerd te verwijderen door een daarop volgende reinigingsbewerking, die wordt uitgevoerd om de onzuiverheden af te schrapen van het oppervlak 35 van het gevormde voorwerp.

Uit het verrichte onderzoek is gebleken dat de op siliciumcarbide gebaseerde voorwerpen met poriën die nog niet zijn gevuld met 8303634 -7- 23519/Vk/mvl gesmolten silicium voldoende kunnen worden gezuiverd, zodat de hoeveelheid aan onzuiverheden wordt geregeld zodat deze minder zijn dan de toegestane limiet.

De hoeveelheid aan onzuiverheden aanwezig in het op 5 siliciumcarbide gebaseerde gevormde voorwerp worden bij voorkeur geminimaliseerd. Het verwijderen echter van alle onzuiverheden is niet economisch.

Er is uitvoerig onderzoek verricht aan werkwijzen voor het uitvoeren van het op economische wijze zuiveren van een op silicium-TO carbide gebaseerd gevormd voorwerp binnen een korte tijdsduur, zodat het halfgeleiderorgaan nagenoeg niet is verontreinigd met onzuiverheden uit het gevormde voorwerp.

Daarbij is gebleken dat van de onzuiverheden aanwezig in een op siliciumcarbide gebaseerd gevormd voorwerp, dat wordt toegepast voor 15 het vervaardigen van halfgeleiders, het toegestane gehalte aan vanadium ten hoogste 60 dpm is en/of het totale toegestane * gehalte aan zware metalen (Fe, Ni en Cr) ten hoogste 100 dpm is en in beide gevallen het totale gehalte aan alkalimetaalelementen 10 dpm of minder moet zijn.

20 Met name het toelaatbare gehalte aan vanadium is meer in het bijzonder 30 dpm, terwijl het totale toegestane gehalte aan Fe,

Ni en Cr bij voorkeur 30 dpm is en de bovengrens van het gehalte aan alkalimetalen is bij voorkeur 7 dpm. Verder zal volgens een bijzondere voorkeursuitvoering het toegestane gehalte aan vanadium 5 dpm zijn, 25 het totale toegestane gehalte aan Fe, Ni en Cr 20 dpm zijn en het alkalimetaalgehalte 5 dpm bedragen. Wanneer het gehalte aan onzuiverheden van het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde voorwerp lager is dan de bovenvermelde waarde, kan een uiterst kleine hoeveelheid van de rond de siliciumcarbide aangebrachte elementen of aanwezig in 30 de roosters van de kristaldeeltjes slechts worden gediffundeerd naar het oppervlak van het gevormde voorwerp. Daarom kan een economische zuivering binnen een korte tijdsduur worden uitgevoerd. Het toegestane gehalte van elke onzuiverheid volgens de uitvinding komt overeen met een toegestane -limiet van de onzuiverheid aanwezig in het eindprodukt 35 als een op siliciumcarbide gebaseerd gevormd voorwerp dat reeds is gezuiverd.

Ten einde een op zeer zuiver siliciumcarbide gebaseerd 8303634 -8- 23519/Vk/mvl gevormd produkt te vervaardigen door onzuiverheden hieruit te verwijderen, moet poedervormig siliciumcarbide als hoofdbestanddeel en koolstofpoeder voldoende zijn gezuiverd voordat deze worden toegepast. Deze zuivering wordt volgens een bekende wijze uitgevoerd, zodat onzuiverheden meerdere 5 keren worden verwijderd door sproeien of worden verwijderd als laag kokende verbindingen door het produkt te verwarmen in een atmosfeer van gasvormige chloorwaterstof, freon· of siliciumtetrachloride. Fenolhars wordt toegevoegd aan het zeer gezuiverde uitgangsmateriaal en een verkregen mengsel wordt gevormd en gehard. Het gevormde voorwerp heeft 10 een schijnbare porositeit van 20%. Deze toestand is zeer effectief voor het op voldoende wijze uitvoeren van een daarop volgende zuivering, omdat de onzuiverheden die naar binnen zijn gediffundeerd in het gevormde voorwerp makkelijk kunnen worden verwijderd door de aanwezigheid van een aantal poriën gevormd in het op siliciumcarbide gebaseerde voorwerp.

15 Volgens een andere werkwijze voor het bereiden van poreus silicium carbide en het hierop gebaseerde gevormde voorwerp met een laag gehalte aan onzuiverheden is het ook effectief om zeer zuiver, op siliciumcarbide gebaseerd poeder te gebruiken als uitgangsmateriaal volgens een werkwijze beschreven in de Japanse octrooiaanvrage 51-35472. Volgens deze werkwijze 20 wordt een zeer zuiver poeder van siliciumoxide met een gemiddelde deeltjesgrootte van 5 mm of minder en zeer zuiver poedervormige koolstof met een deeltjesgrootte als het siliciumoxidepoeder gemengd in een houder van grafiet en de houder van grafiet wordt bewogen langs een buisvormige oven bij een temperatuur van 1800 tot 2200 °C ten einde 25 daarbij een zeer zuiver poedervormig siliciumcarbide te bereiden. Het poedervormige silicium hoeft niet te worden fijngemaakt, geroerd of gezeefd en wordt als zodanig als uitgangsmateriaal toegepast. Zodoende heeft het verkregen gevormde voorwerp op basis van siliciumcarbide een laag gehalte aan onzuiverheden. Door het gebruik van dit uitgangs-30 materiaal wordt een poreus gevormd voorwerp verkregen,dat daarna wordt gezuiverd totdat de bovenste grens voor het gehalte aan onzuiverheden in het ontstane gevormde voorwerp is bereikt.

Volgens een andere werkwijze ter bereiding van een gevormd voorwerp met een laag gehalte aan onzuiverheden wordt een werkwijze 35 toegepast zoals beschreven in de .Japanse octrooiaanvrage 54-67069·

Volgens deze werkwijze wordt de sintering na vormgeving van een op siliciumcarbide gevormd voorwerp verdeeld in een eerste sinterbewerking 83 0 3 6 S 4 -9- 23519/Vk/mvl en een tweede sinterbewerking. Ma de eerste sinterbewerking wordt een halogeengas of een sterk zuur gebruikt om het verkregen gevormde voorwerp met een hoge porositeit te zuiveren. Het halogeengas dringt in het gevormde voorwerp evenals in de oppervlaktelaag hiervan, waarbij het 5 gevormde voorwerp voldoende wordt gezuiverd en zodoende wordt een zeer zuiver gevormd voorwerp van siliciumcarbide verkregen.

Het verkregen gevormde voorwerp met een laag gehalte aan onzuiverheden, nabij de toelaatbare grens volgens de uitvinding wordt vervolgens geïmpregneerd met zeer zuiver silicium, waarbij een impermea-tO billtext ten opzichte van gassen wordt verkregen. Hiertoe wordt silicium verwarmd en gesmolten bij ongeveer 1600 °C, waarna het gesmolten silicium wordt geabsorbeerd aan het totale oppervlak van het gevormde voorwerp door capillaire werking.

Wanneer het op zeer zuiver siliciumcarbide gebaseerde gevormde 15 voorwerp dat impermeabel is ten opzichte van gassen wordt verkregen, wordt het daarna onderworpen aan een laatste zuivering ter vervaardiging van een eindprodukt. Deze zuivering wordt uitgevoerd zodat het gesmolten voorwerp wordt verwarmd in een bekende atmosfeer van HCl-gas bij een hoge temperatuur. Zoals eerder is beschreven, geldt omdat de zuivering 20 voldoende kan worden uitgevoerd omdat het gevormde voorwerp een hoge porositeit heeft, de eind-zuivering kan worden beëindigd binnen een korte tijdsduur. Het gevormde voorwerp wordt verhit en de resterende onzuiverheden worden gediffundeerd bij de laatste zuiveringsbewerking. Zelfs indien enkele resterende onzuiverheden worden afgevoerd naar het 25 oppervlak van het gevormde voorwerp, omdat het totale gehalte aan resterende onzuiverheden,aanwezig in het gevormde voorwerp,erg laag is, is het gehalte aan onzuiverheden, die zijn gediffundeerd en af gevoerd naar het oppervlak hiervan, zeer klein. Als resultaat hiervan kunnen de onzuiverheden die de hoofdzakelijke verontreiniging vormen van het 30 halfgeleiderorgaan binnen een korte tijdsduur worden verwijderd.

De werking van een halfgeleiderorgaan, vervaardigd onder toepassing van een op siliciumcarbide gebaseerd gevormd voorwerp, toegepast bij het vervaardigen van halfgeleiders, bijvoorbeeld een oven met aanzuiging, kan worden gemeten als de Npg-waarde (mobiele 35 iondosering in een SiO^film) en de bedrijfsduur (MOS-τ).

Bij het gedane onderzoek zijn aanzuigleidingen vervaardigd met verschillende gehaltes aan onzuiverheden onder toepassing van 8303684 *· I * -10- 23519/Vk/mvl met silicium geïmpregneerde gevormde voorwerpen, die op een hierna beschreven wijze zijn vervaardigd, en deze leidingen werden onderzocht. Zeer zuiver poedervormig siliciumcarbide met een zuiverheid van 99»8% en een deeltjesgrootte van 200 tot 40 pm werd gemengd met roet in een ver-5 houding van *100:5 (gewichtsverhouding) en een hoeveelheid van 20 gew.% fenolhars werd hieraan toegevoegd. Het mengsel werd daarna goed gekneed. Het geknede materiaal werd gegranuleerd met behulp van een oscillator ter verkrijging van een deeltjesgrootte van 500 -pm en de korrels werden gedroogd. De gedroogde korrels werden samengeperst met behulp van een iso-10 statische pers ter vorming van een leiding met een buitendiameter van 120 mm, een binnendiameter van 105 mm en een lengte van 1500 mm. De leiding werd vervolgens verwarmd bij een temperatuur van 200 °C om de fenolhars te harden.

De verkregen leiding werd geplaatst in een gezuiverde oven, 15 om de gehaltes aan onzuiverheden van de leiding te onderzoeken. Het gehalte van de onzuiverheden werd onderzocht in drie verschillende combinaties, (te weten zware metaalelementen Ni, Fe en Cr en alkalimetaalelementen; V en alkalimetaalelementen; en zware metaalelementen V, Ni, Fe, Cr en alkalimetaalelementen). Het gehalte aan onzuiverheden werd gemeten, 20 door op tien verschillende plaatsen van de leiding monsters te nemen, welke plaatsen op gelijke afstand van elkaar waren gelegen,volgens een atomaire spektrumanalyse en zuurextractie. De hierbij verkregen resultaten zijn weergegeven in de tabellen A, B en C.

TABEL A

25 I totaal aan I [totaal aan

Ni Fe Cr Ni, Fe en Na K Na en K ____Cr (dpm)____(dpm)_ ongezuiverd 19 185 31 235 113 43 156 1 15 139 29 183 6 2 8 30 2 22 98 25 145 13 4 17 * 3 6 67 12 85 18 7 25 4 3 41 5 49 7 3 10 5 2 18 4 24 6 3 9 35 6 1 15 3 19 4 2 6 7 121 4.11 2 8303684 -11- 23519/Vk/mvl

TABEL B

totaal aan T Na K Ha en K (dpm) t- ongezuiverd 125 113 43 156 8 112 6 3 9 9 93 15 4 19 10 74 21 6 27 10 11 55 6 3 9 12 27 5 2 7 13 17 3 1 * 14 4 2 1 3 15 -----

TABEL C

f totaal aan totaal aan

Ni Fe Cr Ni, Fe en Cr V Na K' Na en K _____(dpm)_____(dpm) 20 onge- ig 185 31 235 125 113 43 156 zuiverd 15 16 158 31 205 108 18 8 26 16 14 125 23 162 83 13 5 18 17 9 83 13 105 57 10 3 13 25 18 6 74 11 91 42 8 2 10 19 4 53 8 65 27 6 3 9 20 5 65 8 78 8 3 2 5 3Q 21 1 11 3 15 4 2 1 3 22 1 10 1 12 4 1 1 2 _______L__

De leidingen met de bepaalde onzuiverheden zoals aangegeven in de tabellen, werden ondergedompeld in silicium, gesmolten bij een 35 temperatuur van 1650 °C en met een concentratie aan onzuiverheden van 1 dpb of minder, zodat gesmolten silicium werd geïmpregneerd in de poriën van de leidingen, die daarna een porositeit hadden van 1% of minder.

8303684 -12- 23519/Vk/mvl

De aanzuigleidingen werden daarna verhit gedurende een bepaalde tijd in een atmosfeer van HCl-gas in een oven en werden gezuiverd zodat een verontreiniging van de halfgeleiderelementen nagenoeg werd voorkomen. De karakteristieken van deze aanzuigleidingen wezen 5 erop dat de halfgeleiderelementen niet waren verontreinigd op basis van 11 2 de Νρ-,-waarde van 1 x 10 /cm en een bedrijfstijd (MOS-τ) van 200 ysec. r d

Het verband tussen de vereiste verwarmingstijd in de atmosfeer 'van HCl-gas en de diverse gehaltes aan- onzuiverheden >van de aanzuigleidingen voor het zuiveren is aangegeven in tabel D. De HC1- 10 spoeltijden, vereist ter verkrijging van een bedrijfsduur (MOS-τ) van 11 2 200 ysec, een N„n-waarde van 1 x 10 /cm en een etsputdichtheid van 2 60/cm als functies van het totale gehalte aan onzuiverheden in de tabellen (te weten het totale gehalte aan Fe, Ni en Cr, het totale gehalte van de alkali-elementen en het totale gehalte aan V) zijn grafisch 15 weergegeven in de fig. 1 tot 6.

4* 8303684 4 -13- 23519/Vk/mvl

TABEL D

“ totaal aan totaal aan hoeveel- riümmer Fe, Ni en alkalime- heid V *1) *2) *3) _Cr (dpm) talen (dpm) (dpm)____

TABEL A

1 183 8 — 400 57 2 145 17 — 240 290 3 85 27 — 100 900 4 49 10 — 78 81 5 24 9 59 65 6 19 6 58 46 7 4 2 — 54 37

TABEL B

8 — 9 112 61 700 g — 19 93 320 420 10 — 27 74 — 940 230 11 — 9 55 — 78 80 12 — 7 27 — 59 57 13 — 4 17 — 42 56 14 — 3 4 39 53

TABEL C

15 205 26 108 700 750 16 162 18 83 330 380 17 105 13 57 100 180 18 91 10 42 80 100 19 65 9 27 61 70 20 28 5 8 58 59 21 15 3 4 55 55 22 12 2 4 53 49 8303634 1 * -14- 23519/Vk/mvl

Opmerkingen: *1): Vereiste HCl-spoeltijd ter verkrijging van een halfgeleiderelement met een bedrijfsduur (MOS-τ) van 200 psec.

*2): Vereiste HCl-spoeltijd ter verkrijging van een half- 11 2 5 geleiderelement met een N„0-waarde van 1 x 10 /cm .

TD

*3): Vereiste HCl-spoeltijd ter verkrijging van een half- 2 geleiderelement met een etsputdichtheid van 60/cm .

Zoals duidelijk is uit fig. 1 is gebleken dat de HCl-spoel-10 tijd een bepaalde korte tijdsduur wordt,die vereist is ter verkrijging van de te voren bepaalde MOS-T-waarde wanneer het totale gehalte aan Fe, Ni en Cr 100 dpm of lager .wordt. Met verwijzing naar fig. 2 is gebleken dat de HCl-spoeltijd een bepaalde korte tijdsduur wordt, vereist ter verkrijging van een te voren bepaalde Npg-waarde wanneer 15 het gehalte aan alkalimetalen in het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdeel, zoals weergegeven in fig. 1, 10 dpm of minder wordt.

Zoals duidelijk is uit fig. 3 is gevonden dat de HCl-spoeltijd een bepaalde korte tijdsduur,vereist ter verkrijging van de te 20 voren bepaalde etsputdichtheid of een kortere tijdsduur wanneer het vanadiumgehalte op een siliciumcarbide gebaseerd gevormd onderdeel, afwijkend van de onderdelen weergegeven in de fig.1 en 2, 60 dpm of minder is. Op dezelfde wijze blijkt uit fig. 4 dat de HCl-spoeltijd een bepaalde korte 'tijdsduur wordt die is vereist ter verkrijging van 25 de bepaalde N^-waarde wanneer het gehalte aan alkali-elementen in het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdeel zoals weergegeven in fig. 3,10 dpm of .lager is. Zoals blijkt uit fig. 5 is gevonden dat de HCl-spoeltijd lager wordt dan een bepaalde korte tijdsduur ter verkrijging van een te voren bepaalde MOS-T-waarde wanneer het totale 30 gehalte aan Fe, Ni, Cr en V, aanwezig in een op siliciumcarbide gebaseerd gevormd onderdeel, verschillend van die, weergegeven in de fig. 1 tot 4, 60 dpm of minder is. Uit fig. 6 blijkt dat de HCl-spoeltijd een bepaalde korte tijdsduur wordt, vereist ter verkrijging van een

bepaalde N__-waarde wanneer het gehalte aan alkalimetaalelementen in r B

35 het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdeel zoals weergegeven in fig. 5, 10 dpm of minder is.

Uit deze gegevens blijkt dat het op siliciumcarbide Λ “7 Λ ÜOUj ïj % < » * -15- 23519/Vk/ravl gebaseerde materiaal volgens de uitvinding het halfgeleiderelement nagenoeg kan beschermen tegen verontreiniging door een economische zuiveringsbewerking binnen een minimale tijdsduur uit te voeren.

Voorbeeld♦ 5 Zeer zuiver poedervormig siliciumcarbide met een zuiverheid van 99,8% en een deeltjesgrootte van 200 tot 40 pm werd gemengd met roet (lamp black) in een verhouding van 100:5 (gewichtsverhouding) en een hoeveelheid van 20 gew.% fenolhars werd hieraan toegevoegd.

Het mengsel werd vervolgens goed gekneed. Het geknede materiaal werd T0 gegranuleerd met behulp van een oscillator tot een deeltjesdiameter van 500 pm en de korrels werden gedroogd. De gedroogde korrels werden samengeperst onder een isostatische druk ter vorming van een bewer-kingsbuis met een buitendiameter van 120 mm, een inwendige diameter van 105 mm en een lengte van 1500 mm. De bewerkingsbuis werd vervolgens 15 verwarmd tot een temperatuur van 210 °C om het fenolhars te drogen.

Het gehalte aan onzuiverheden was zoals weergegeven in tabel E, aangegeven in dpm.

TABEL E

onzuiverheid Fe Cr Ni V Cu Na K Al Mg 20---------- gëhalte 189 25 15 103 125 85 31 180 83

Deze gevormde buis werd in een voldoende gezuiverde oven geplaatst en HCl-gas werd aan de oven toegevoerd. De gevormde buis werd verhit bij een temperatuur van 1300 °C gedurende 30 uren. Het 25 gehalte aan onzuiverheden na de zuivering was zoals weergegeven in tabel F (gehalte vermeld in dpm).

TABEL F

onzuiverheid Fe Cr Ni V Cu Na K Al Mg gehalte 13 1 2 5 ï ï ï 31 2 30 ---------1-

Op tien plaatsen, op gelijke afstand van elkaar gelegen, van de buis werden monsters genomen en deze werden onderworpen aan nader onderzoek door extractie met zuur en atomaire spektrumanalyse.

De gevormde buis werd geïmpregneerd met silicium, gesmolten bij een 35 temperatuur van 1650 °C. Het gesmolten silicium had een concentratie aan onzuiverheden van 1 dpb of minder. Het gesmolten silicium werd daarna geïmpregneerd in de bewerkingsbuis, zodat de bewerkingsbuis een porositeit had van 1,3%. De verkregen bewerkingsbuis werd daarna gezuiverd in 8303684

____M

• ·> *ί * -16- 23519/Vk/mvl eem atmosfeer van HCl-gas bij een temperatuur van 1300 °C gedurende 50 uren.

Zodoende wordt een op siliciumcarbide gebaseerd onderdeel verkregen dat kan worden toegepast bij het vervaardigen van half-5 geleiders, wanneer een halfgeleiderelement, toegepast voor het vervaardigen van een halfgeleiderorgaan, dat nagenoeg vrij is van verontreinigingen, met een hoge opbrengst wordt vervaardigd door het uitvoeren van een economische reiniging of zuivering binnen een korte tijdsduur waarbij een toegestaan gehalte aan vanadium 60 dpm is en/of 10 een toegestaan totaal gehalte aan zware metaalelementen bestaande uit ijzer, nikkel en chroom 100 dpm is en in beide gevallen een toegestaan totaal gehalte aan alkalimetaalelementen 10 dpm of minder is.

8303634

Claims

1. Onderdeel op basis van siliciumcarbide, gevormd voor het vervaardigen van halfgeleiders, met het kenmerk, dat het toegestane 5 vanadiumgehalte 60 dpm is of het toegestane totale gehalte van zware metalen zoals ijzer, nikkel en chroom 100 dpm is en het toelaatbare totale gehalte aan alkalimetaalelementen is 10 dpm of minder.

2. Onderdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het totale toegestane gehalte aan zware metaalelementen zoals ijzer, TO nikkel en chroom 20 dpm is.

3. Onderdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het totale toegestane gehalte aan .vanadium 5 dpm is.

4. Onderdeel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het totale toegestane gehalte aan alkalimetaalelementen 5 dpm is.

5. Onderdeel op basis van siliciumcarbide voor het ver vaardigen van halfgeleiders, met het kenmerk, dat de toegestane hoeveelheid aan vanadium 60 dpm is, het toegestane totale gehalte aan zware metaalelementen zoals ijzer, nikkel en chroom 100 dpm is en het toegestane totale gehalte aan alkalimetaalelementen 10 dpm of 20 minder is.

6. Onderdeel volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het toegestane gehalte aan vanadium 5 dpm is, het toegestane totale gehalte aan zware metaalelementen zoals ijzer, nikkel en chroom 20 dpm is en het totale toegestane gehalte aan alkalimetaalelementen 5 dpm is.

7. Onderdeel volgens conclusies 1 en 5, met het kenmerk, dat het op siliciumcarbide gebaseerde gevormde onderdeel een bewerkings-buis omvat. Eindhoven, oktober 1983 8303584 ---------4