DE2928089A1 - Tiegel fuer halbleitertechnologische zwecke und verfahren zur herstellung des tiegels - Google Patents

Tiegel fuer halbleitertechnologische zwecke und verfahren zur herstellung des tiegels

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Description

Hanau, 10. Juli 1979 ZPL-Dr.Hn/Rö
Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau/Main
Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
"Tiegel für halbleitertechnOlogische Zwecke und Verfahren zur Herstellung des Tiegels"
Die Erfindung betrifft einen Tiegel für halbleitertechnologische Zwecke, insbesondere zur Herstellung von Silizium-Kristallen, der ein Siliziumdioxid-haltiges Außenteil und eine Innenauskleidung aufweist, die unverrückbar miteinander verbunden sind, wobei die Innenauskleidung aus sythetisch hergestelltem Siliziumdioxid besteht.
Tiegel der vorcharakterisierten Art sind aus der DE-PS 962 868 bekannt. Diese Tiegel werden für das Ziehen von Einkristallen, insbesondere von Silizium benutzt. Der Tiegel besteht aus zwei Teilen, die unverrückbar miteinander verbunden sind. Das Außenteil des Tiegels besteht aus reinstem Quarz .
Es ist mit einer Innenauskleidung aus Siliziumdioxid versehen, das durch Rektifikation von Siliziumtetrachlorid und anschliessende Hydrolyse mit reinstem Wasser gewonnen wird.Die bei diesem. Prozeß entstehende gelartige Masse wird auf die Innenseite des Außenteils aufgebracht und dort bei etwa 1200 bis 1Ϊ00 C eingesintert. Die Innenauskleidung des so aufgebauten Tiegels ist porös, was die Gefahr in sich birgt, daß das Halbleitermaterial, aus dem der Einkristall gezogen werden soll, sich
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in den Poren festsetzt und den Ziehprozeß erheblich stört. Es können auch einzelne Teile der Innenauskleidung vom Außen teil abplatzen und die Schmelze aus Halbleitermaterial verunreinigen bzw. unbrauchbar machen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Tiegel für halbleitertechnologische Zwecke, insbesondere für die Herstellung von Silizium-Kristallen, zu schaffen, der eine porenfreie, glatte und widerstandsfähige Innenauskleidung aus hochreinem Werkstoff aufweist, die in jeder gewünschten, für den jeweiligen Verwendungszweck des Tiegels ausreichenden Dicke kostengünstig herstellbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe für einen Tiegel der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Innenauskleidung aus einer Körnung aus synthetischem kristallinen Quarz als Ausgangsmaterial hergestellt ist und wenigstens eine dünne amorphe Schicht aufweist, beginnend an der freien glatten Oberfläche der Innenauskleidung. Das Außenteil des Tiegels ist vorzugsweise aus einer Körnung aus natürlichem Quarz hergestellt. Es enthält eine Vielzahl von kleinen Luftbläschen.
Die Dicke der Innenauskleidung liegt im Bereich von 5 bis 60° der Gesamtwandstärke des Tiegels, vorzugsweise liegt sie im Bereich von 20 bis 30% der Gesamtwandstärke des Tiegels. Tiegel, bei denen wenigstens 1/10 der Dicke der Innenauskleidung in amorphem Zustand vorliegt, haben sich besonders bewährt.
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Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, die Dicke der Innenauskleidung im Bereich des Tiegelbodens größer auszubilden als im sich daran anschließenden zylindrischen Bereich des Tiegels.
Tiegel gemäß der Erfindung besitzen den Vorteil, daß sich an der glatten Oberfläche der Innenauskleidung kein schmelzflüssiges Halbleitermaterial festsetzen kann wie bei den bekannten porösen Innenauskleidungen. Nur die Innenauskleidung ist aus synthetischem Quarz hergestellt, nicht jedoch das Außenteil des Tiegels, für dessen Herstellung Körnung aus natürlichem Quarz verwendet werden kann.
Die Innenauskleidung und das Außenteil sind an ihrer Grenzfläche homogen miteinander verbunden, wodurch auch die Gefahr des Abplatzens von Teilen der Innenauskleidung auf ein vernachlässigbares Maß vermindert ist. Infolge der relativ größen Dicke der Innenauskleidung können erfindungsgemäße Tiegel für mehrere Halbleiter- Kristall-Produktionszyklen eingesetzt werden im Gegensatz zu bekannten nur mit dünnem Innenüberzug versehenen Tiegeln.
Die Einzelschritte des Verfahrens zur Herstellung des Tiegels ergeben sich aus dem darauf gerichteten Patentanspruch sowie der Beschreibung der Figur "2. Es besitzt den Vorteil, daß in einem einzigen Arbeitsgang der erfindungsgemäße Tiegel herstellbar ist. Dies ist wesentlich kosten- und auch energiegünstiger als Verfahren, bei denen der Innenüberzug auf dem Wege einer Nachbehandlung eines bereits fertiggestellten Tiegels hergestellt wird, was arbeitsaufwendiger ist.
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Anhand der Figuren 1 und 3 wird nachstehend die Erfindung beschrieben.
Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Tiegel, Figur 2 zeigt schematisch, teilweise im Vertikalschnitt,
die Herstellung eines Tiegels, Figur 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Tiegel in weiterer Ausgestaltung.
Mit der Bezugsz.iffer 1 ist das Außenteil des Tiegels bezeichnet, das aus einer Körnung aus natürlichem Quarz hergestellt ist. Das Außenteil ist unverrückbar mit der Innenauskleidung verbunden, die die amorphe Schicht 3 aufweist. Die Schicht besitzt eine Dicke, die mindestens 1/10 der Dicke der Innenauskleidung beträgt. Die Dicke der Innenauskleidung ist in Figur 1 im Boden- und zylindrischen Teil gleich. Das Außenteil kann eine Vielzahl kleiner Luftbläschen enthalten, ohne daß sie sich bei der Verwendung des Tiegels störend bemerkbar machen können. Dies ist auf die amorphe Schicht 3 zurückzuführen.
Der in Figur 3 dargestellte Tiegel unterscheidet sich von dem in Figur 1 dadurch, daß die Dicke des Bodenteils 2' der Innenauskleidung größer ist als die Dicke des zylindrischen Teils 2'· der Innenauskleidung 2.
Das Herstellverfahren eines erfindungsgemäßen Tiegels wird unter Bezugnahme auf Figur 2 nachstehend erläutert. In eine Form 4, die wie durch Pfeil 5 angedeutet, um die Achse 6 rotiert, wird über das Rohr 7 einer Zugabevorrichtung zunächst Körnung aus natürlichem Quarz eingefüllt und auf der Innenwand 9 der Form 4 in gleichmäßiger Schichtdicke abgelagert. Das Füllrohr 7 wird dabei wie durch Pfeil 10 angedeutet, langsam vom Bodenteil der Form 4 in deren zylindrischen
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Teil verschoben. Die Rotationsgeschwindigkeit der Form k ist so hoch zu wählen, daß die eingebrachte Körnung nicht zum Boden der Form hin absinkt, sondern durch die Zentrifugalkraft gegen die Innenfläche der Form gepreßt wird. Wenn die Ablagerung der Körnung 8 beendet ist, wird ohne Unterbrechung der Rotation der Form 4 über das Füllrohr 7 die Körnung 11 aus synthetischem kristallinen Quarz in gleicher Weise wie die Körnung/eingefüllt und auf der Körnung 8 abgelagert. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird unter Aufrechterhaltung der Rotation die Heizquelle 13 wie durch Pfeil 12 angedeutet, in die Form vorgeschoben. Der Innenraum der Form V wird mittels dieser Heizquelle so stark erhitzt, daß seine Temperatur über dem Schmelzpunkt der Körnung 11 liegt. Dadurch werden nibht nur die einzelnen Teilchen der Körnungen 8 und 11 untereinander, sondern auch beide Körnungen an ihrer Grenzfläche homogen miteinander verbunden, was vermutlich auf die gleichartige kristalline Struktur beider Körnungen zurückzuführen ist. Die der Heizquelle zugekehrte innerste Schicht der Körnung 11 wird außerdem in den amorphen Zustand mit sehr glatter, freier Oberfläche überführt, sie bildet die Schicht 3 (Fig.l).
Durch die Wahl der Zufuhrgeschwindigkeit der Körnung, beispielsweise durch Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Füllrohres 7 in Pfeilrichtung 10, kann die Dicke der Schichten der Körnungen 8 und 11 in beliebiger, gewünschter Weise variiert werden. Dies besitzt den Vorteil, daß auf einfachste Weise u.a. die Dicke der Innenauskleidung problemlos den unterschiedlichsten Anforderungen der halbleitertechnologischen Verfahren angepaßt werden kann.
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Claims (1)

  1. Hanau, lo. Juli 1979 ZPL-Dr.Hn/Rö
    Heraeus Quarzschmelze GmbH, Hanau/Main
    Patent- und Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
    "Tiegel für halbleitertechnologische Zwecke und Verfahren zur Herstellung des Tiegels "
    Patentansprüche
    1. Tiegel für halbleitertechnologische Zwecke, insbesondere zur Herstellung von Silizium- Kristallen, der ein Siliziumdioxid-haltiges Außenteil und eine Innenauskleidung aufweist, die unverrückbar miteinander verbunden sind, wobei die Innenauskleidung aus synthetisch hergestellten Siliziumdioxid besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (2) aus einer Körnung aus synthetischem kristallinen Quarz als Ausgangsmaterial hergestellt ist und wenigstens eine dünne amorphe Schicht (3") aufweist, beginnend an der freien glatten Oberfläche der Innenauskleidung.
    2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (1") aus einer Körnung aus natürlichem Quarz als Ausgangsmaterial hergestellt ist.
    3. Tiegel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenteil (1) eine Vielzahl kleiner Luftbläschen enthält.
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    k. Tiegel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Innenauskleidung zwischen 5 und 60% der Gesamtwandstärke des Tiegels beträgt.
    5. Tiegel nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Dicke der Innenauskleidung 20 bis 30% der Gesamtwandstärke des Tiegels beträgt.
    6. Tiegel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der amorphen Schicht (3) wenigstens 1/10 der Dicke der Innenauskleidung beträgt.
    7. Tiegel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Bodenteils (21) der Innenauskleidung (2) größer ist als die Dicke deren zylindrischen Teils (211).
    8. Verfahren zur Herstellung eines Tiegels nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in eine rotierende Form (4) zunächst Körnung aus natürlichem kristallinen Quarz eingefüllt und 'als Schicht (f) auf der Innenwand (9) der Form abgelagert, danach Körnung aus synthetischem kristallinen Quarz eingefüllt und auf der Schicht (8) als Schicht (H) abgelagert wird, daß dann unter weiterer Aufrechterhaltung der Rotation der Form (4) durch Zufuhr von Wärme beide Körnungen unverrückbar miteinander verbunden werden und die Schicht (11) wenigstens teilweise, beginnend an ihrer freien Oberfläche, in den amorphen Zustand überführt wird.
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch Änderung der Zufuhrgeschwindigkeit der Körnung die Dicke der Innenauskleidung und/oder des Außenteils eingestellt wird.
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