DE2038564C3 - Quarzglasgeräteteil, insbesondere Quarzglasrohr, mit in seiner Außenoberflächenschicht enthaltenen, Kristallbildung fördernden Keimen zur Verwendung bei hohen Temperaturen, insbesondere für die Durchführung halbleitertechnologischer Verfahren - Google Patents

Description

Tiefc, die gleich der halben Wandstärke des rohr- abzuset7en.

förmigen Ce-äteteils ist, den Wert Null oder den Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-Konzentrationsgrenzwert an Metallionen der löst, daß die Keimkonzentration an der äußeren

gleichen Ionenart annimmt, die als Verunreini- 20 Oberfläche des Quarzglasgeräteteils, insbesondere des

gungen im Quarzglas vorhanden sind. Quarzglasrohres, am größten ist und nach innen zu

2. Quarzglasgeräteteil nach Anspruch 1, da- stetig abnimmt in der Weise, daß in einer Tiefe im durch gekennzeichnet, daß die die zusätzlichen Bereich von 5 bis 100 um, äußerstenfalls aber in einer Keime enthaltende Quarzglasschicht eine Dicke Tiefe, die gleich der halben Wandstärke des rohrvon 10 bis 200 um, vorzugsweise von 10 bis 90 iim, 25 förmigen Geräteieils ist, den Wert Null oder den aufweist. Konzentrationsgrenzwert an Metallionen der gleichen

3. Quarzglasgeräteteil nach Anspruch 1 und/ Ionenart annimmt, die als Verunreinigungen im oder Ansprr^h 2, dadurch gekennzeichnet, daß Quarzglas vorhanden sind. Die Quarzglasschicht, die der Gewichtsanteil an Keimen an Metallionen an die zusätzlichen Keime enthält, weist eine Dicke von der äußeren Oberflache Ges Geräteteils einer 30 10 bis 200 [im, vorzugsweise von 10 bis 80 um, auf Flächenkonzentration von 5 bis 200 ug/cm² ent- Der Gewichtsanteil an Keimen aus Metallionen ent spricht. spricht vorteilhafterweise an der äußeren Oberfläche

4 Qiiar7glasgeräteteil nach einem oder meh- des Geräteteils einer Flächenkonzentration von 5 bis reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 200 ug/cm-'. Ais Keime, die die Kristallbildung for gekennzeichnet, daß die Keime aus Aluminium-, 35 dem, haben sich insbesondere Aluminium-, Titan-, Titan-, Zirkonium-, Hafnium- und/oder Gallium- Zirkonium-, Hafnium- und/or!-:r Gallium-Ionen beIonen bestehen. sonders bewährt. Bei Ingebrauchnahme der erfindungsgemäßen Geräteteile, beispielsweise bei ihrem Einsatz als Diffusionsrohre in der Halbleitertechnik,

40 setzt bei Temperaturen oberhalb 1000° C eine

Rekristallisation unter Bildung von Cristobalit ein. Diese Rekristallisation setzt zwar schnell, gleich-

Die Erfindung betrifft ein Quarzglasgeräteteil, ins- mäßig und homogen ein, sie schreitet aber auf Grund besondere ein Quarzglasrohr zur Verwendung bei der erfindungsgemäßen Keimverteilung nur langsam hohen Temperaturen, insbesondere für die Durch- 45 und stetig fort. Kristallanisotropien, die sich festigführung halbleitertechnologischer Verfahren, welches keitsmindernd auswirken können, wurden bei den in seiner Außenoberflächenschicht Kristallbildung erfindungsgemäßen Quarzglasgeräteteilen nicht befördernde Keime enthält. obachtet. Die bessere Formstabilität der erfindungs-Es ist bekannt, Quarzglas als Werkstoff für Geräte- gemäß ausgebildeten Quarzglasgeräteteile bei hohen teile bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen 50 Temperaturen gegenüber den bekannten Quarzglaszu verwenden. Insbesondere verwendete man Quarz- rohren, bei denen die Keime gleichmäßig in SiO₂ glas-Diffusionsrohre. In das Diffusionsrohr, das in verteilt sind, ist vermutlich auf die auf Grund der einem Ofen angeordnet ist, werden Halbleiterbau- erfindungsgemäßen Verteilung an Keimen hervorelemente eingebracht und anschließend zur Dotie- gerufene Stetigkeit des Wachstums der Cristobalitrung dieser Bauelemente eine vorbestimmte Gas- 55 schicht und der damit verbundenen Schrumpf- und atmosphäre bei einer vorgegebenen Diffusionstempe- Zugeffekte zurückzuführen. Schließlich ist als weiratur aufrechterhalten. Zum Einsatz gelangten vor- terer Vorteil noch anzuführen, daß durch die hohe zugsweise Diffusionsrohre aus hochreinem Quarzglas, Keimkonzentration an der äußeren Oberfläche des das weniger als 4 ppm (parts per million) metallische Quarzglasgeräteteils und die dadurch bewirkte Ver-Gesamtverunreinigungen enthält. Diese Diffusions- 60 dichtung der Quarzglasstmktur während seiner Errohre haben sich jedoch bei den zur Anwendung ge- hitzung, beispielsweise während des Dotierens von langenden hohen Dotierungstemperaturen plastisch Halbleiterbauelementen, das Eindringen von Fremdverformt, so daß sie häufig ausgewechselt werden ionen, die den Dotierungsprozeß stören, praktisch mußten. verhindert wird.

Gegenüber diesen bekannten Diffusionsrohren aus 65 Erfindungsgemäß ausgebildete Quarzglasgeräteteile

hochreinem Quarzglas zeigten ebenfalls bekannte werden in der Weise hergestellt, daß auf eine reine

Quarzglasrohre, die in ihrer Oberflächenschicht Quarzglasoberfläche beispielsweise eine Aluminium

neben SiO₂ noch wenigstens einen zusätzlichen enthaltende Lösung oder eine Aluminiumverbindung

aufgetragen wird, die sich bei anschließender Erwärmung quantitativ zersetzt und reines Al₂O₃ bildet. Geeignet ist z. B. eine reine Aluminium-Nitrat-Lösung. Zur Herstellung einer 30 [im dicken Keimschicht werden 0,1 mg Aluminium-Ionen/cm'- aufgetragen. Anschließend wird die so behandelte Quarzglasoberfläche einer Temperatur von etwa 1800° C während einer Dauer von etwa 3 bis 30 min ausgesetzt. Diese Temperatur ist so hoch, daß schon keine Rekristallisation mehr erfolgt, die Aluminium-Keime aber in das SiO₂ eindiffundieren, und zwar so, daß die Konzentration der Aluminium-Keime nach innen zu stetig abnimmt. Im Anschluß daran wird das Geräteteil rasch abgekühlt.

Außer Aluminium haben sich auch Titan-, Zirkonium-, Hafnium- und Gallium men als Keimbildner bewährt.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Quarzglasgeräte unterscheiden sich visuell nicht von normalen Quarzglasgeräteteilen. Nach ihrer Ingebrauchnahme bei hohen Temperaturen — vornehmlich oberhalb der Transformationstemperatur von Quarzglas — bildet sich nach kurzer Zeit die Rekristallisationsschicht aus, wodurch die vorteilhaften Eigenschaften ίο voll zur Wirkung kommen.

In der Figur ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes

Quarzglasrohr dargestellt. Die Keime sind als Punkte

schematisch eingezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die

Keimkonzentration von außen nach innen stetig

abnimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 Kristallbildung fördernden Stoff in Form von Kei- Patentansprüchc: ™" aus Metallionen enthalten, deren Diffusions- koeffizient in Quarzglas klein ist gegenüber dem

1. Quarzglasgeräteteil, insbesondere Quarz- Diffusionskoeffizienlen von Natrium in Quarzglas glasrohr, mit in seiner Außenoberflächenschicht 5 eine verbesserte Formstabilität. Der zusätzliche btofT enthaltenen, Kristallbildung fördernden Keimen liegt dabei in einer Konzentration von mehr als 4 ppm aus Metallionen, deren Diffusionskoeffizient in bis einige hundert ppm, vorzugsweise in einer Kon-Quarzglas klein ist gegenüber dem Diffusions- zentraüon im Bereich zwischen 10 und 800 ppm, koeffizienten von Natrium in Quarzglas zur Ver- vor. Die Keime sind in dem SiO. fein verteilt (niederwendung bei hohen Temperaturen, insbesondere io ländische Patentanmeldung 69.02534).

zur Durchführung halbleitertechnoloeischer Ver- Aufgabe der Erfindung ist es, die Formstabihtat

fahren, dadurch gekennzeichnet, daß der bekannten Qua-zglasgeräte, insbesondere der

die Keimkonzentration an der äußeren Oberfläche Quarzglasrohre, für die Dotierung von Halbleiter-

am größten ist und nach innen zu stetig abnimmt bauelementen, zu verbessern sowie die Gefahr des

in der Weise, daß sie in einer Tiefe im Bereich 15 Eindringens von Fremdionen, die die Dotierung des

von 5 bis 100 um, äußerstenfalls aber in einer Halbleiterbauelements stören, auf ein Minimum her-