專利名稱：在冰上粉碎超純硅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置和一種保護(hù)半導(dǎo)體材料的方法。
生產(chǎn)太陽能電池或者諸如存儲元件或微處理器之類電子元件要求高純半導(dǎo)體材料。為此，要努力尋求保持盡可能低的有害雜質(zhì)濃度。常常發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)制得的達(dá)到高純度的半導(dǎo)體材料，在進(jìn)一步加工成所需產(chǎn)品期間，再次受到污染。為此，為了保持原來的純度，需要一次次的再進(jìn)行昂貴的提純。舉例而言，進(jìn)入半導(dǎo)體材料晶格中的外來金屬原子破壞了電荷分布，并能降低最終元件的功能，或者甚至導(dǎo)致該元件的失效。因此，特別要避免由金屬污染物造成的對半導(dǎo)體材料的污染。這點特別適用于硅的情況，硅在電子工業(yè)中是極常用的半導(dǎo)體材料。
舉例而言，高純度硅的制備可通過熱分解易于揮發(fā)和因此易于用蒸餾法提純的一類硅化合物(諸如三氯硅烷)來實現(xiàn)。
使用西門子法(Siemens Process)是制備高純度硅最通常采用的方法。在石英反應(yīng)器中，將三氯硅烷和氫的混合物導(dǎo)入到被直流電加熱到大約1110℃的細(xì)硅棒上。這就制得了棒形的多晶硅，棒的典型直徑為70-300mm，長度為500-2500mm。該多晶硅被用來用制備坩堝提拉單晶，被用來制作條狀和箔狀物，或者制作多晶太陽能電池基板材料。
為了生產(chǎn)這些產(chǎn)品，需要在坩堝中熔融固體硅。為了在坩堝中填入較大的材料量，而使熔體盡可能有效，在熔化前，必須把上述多晶硅棒粉碎，并且其后加以篩分。這樣往往會涉及到半導(dǎo)體表面的污染，原因是粉碎時使用的是諸如齒板或滾筒粉碎機，錘、鑿子類金屬質(zhì)的粉碎工具，在諸如鋼質(zhì)或塑料質(zhì)類材料的基底上進(jìn)行的。此外，其后的篩分操作往往是在金屬或塑料制的篩上進(jìn)行的。這樣，在粉碎操作和篩分步驟中，硅會受到來自粉碎工具和基底的金屬或碳的污染。為了除去這些污染物，在熔化之前，碎片必須要受到復(fù)雜和高費用的表面凈化處理，舉例而言，用HF/HNO3的浸蝕處理。
為此，也使用了硅質(zhì)材料的基底和用硅制造的或者涂有硅層的粉碎工具，來減少粉碎期間的污染。由硅制造的或用硅涂層的篩也形成了在篩分操作中現(xiàn)有技術(shù)的部分。然而，其缺點是在粉碎操作(用錘擊打)期間或在篩分操作期間，力的傳送會使它們受到損毀或破壞，結(jié)果它們不得不被替換掉。用來破碎和篩分的基底平均經(jīng)受的壽命約為10-15批(相當(dāng)于大約10-15t)。其后，必須要替換碎裂的部件(約30％)，以便使基底的碎片不可能進(jìn)入要銷售的材料中。
除此之外，由于這種材料被壓裂或被粉碎成了不合要求的碎片尺寸，造成不再能被銷售的后果，故不得不對這些硅制基底作進(jìn)一步的處置，造成額外的費用增加。制作這類基底要求進(jìn)行另外的硅分離，加工制造出成型部件，并由此作復(fù)雜的凈化處理，例如，用HF/HNO3的浸蝕處理。
因此，本發(fā)明的目的將是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，并提供一種減少在粉碎、篩分期間或在傳送期間對半導(dǎo)體材料產(chǎn)生再次污染的方法和裝置。借助于本發(fā)明可以達(dá)到這一目的。
本發(fā)明的主題是提供一種保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置。其特點在于，該半導(dǎo)體材料置于一塊由超純水制得的冰的表面上。
按本發(fā)明的裝置是由冰構(gòu)成的。該冰能以成本-效果方式由超純水制得，優(yōu)選具有的電導(dǎo)率為大于0.07μS、并且特別優(yōu)選導(dǎo)電率大于0.05μS。由超純水制得的該冰優(yōu)選被置于一支承體的表面，諸如一種由鋼、塑料、半導(dǎo)體材料(例如硅半導(dǎo)體材料)或其它適合材料制成的基底。同樣地，由超純水制得的冰也可構(gòu)成一自承塊。
通過將其淀積在一支承體上，諸如在由鋼、塑料、半導(dǎo)體材料(優(yōu)選的例子是硅)或其它適當(dāng)材料制作的一基底上，來完成該冰的制作，在這種情況下，管被安裝在該支承體的下面，冷卻液(例如，優(yōu)選一種碳酸鉀水溶液)流過這些管子。為了更好的冷卻該支承體，將這些管置于熱交換化合物中。為了節(jié)省能量，在遠(yuǎn)離支承體的管子側(cè)面通常是絕緣的。冷卻液在制冷機中制冷，優(yōu)選冷至-10℃以下，特別優(yōu)選冷至近-25℃，并且其后被泵抽吸通過該支承體的管子。
在冷卻操作期間，和在該操作之后的階段中，基底表面用具有上述電導(dǎo)率的超純水噴灑。優(yōu)選使該層生長至0.5cm-30cm厚度，特別優(yōu)選5cm-20cm，尤其特別優(yōu)選5cm-10cm。一旦生長至上述厚度時，把半導(dǎo)體材料，諸如，硅或鍺、或砷化鎵放置在該冰層上。也可以把該半導(dǎo)體材料放置在一塊由超純水制的自承冰上，或可把這種半導(dǎo)體材料凍結(jié)入這種冰塊中，以便，例如，用于傳送。
優(yōu)選，半導(dǎo)體材料(舉例而言，諸如按西門子法制得的硅棒)被放置在該冰層上，以便使用無污染的破碎方法(舉例而言，諸如借助于用超純硅制作的錘)，在由超純水制作的冰上，對其作粉碎操作。也可以想像，在兩層冰層間的半導(dǎo)體材料，通過冰層的突然拍打在一起，完成粉碎操作。
其后，使用硅滑閥把形成的冰-硅混合物推到一被加熱的硅基底上，用輻射加熱器干燥。在該干燥過程之后，就有可能在硅篩上進(jìn)行一般的篩分操作。
本發(fā)明的另一主題是本發(fā)明用來保護(hù)半導(dǎo)體材料的一種裝置，其特點在于，該裝置是一種篩分裝置。
進(jìn)一步說來，篩分操作可以在一個由超純水制的冰涂敷的篩上進(jìn)行。然而，為了達(dá)到令人滿意的篩分結(jié)果，有必要把冰從在粉碎操作期間所產(chǎn)生的冰-硅混合物中分離出來。舉例而言，可以通過在一硅的基底上，把該混合物短時加熱到水的熔化點以上來完成分離。在篩分完成以后，其后進(jìn)行上述的干燥操作。
用于已知的區(qū)域提純法的半導(dǎo)體材料(諸如優(yōu)選的硅棒)可以被嵌入按照本發(fā)明的裝置，以進(jìn)行加工，如切割成規(guī)定長度，進(jìn)行圓錐體研磨。
為了從西門子反應(yīng)器取出半導(dǎo)體棒，也可以生產(chǎn)和使用根據(jù)本發(fā)明的裝置形式的移動輔助工具。
另外，本發(fā)明的裝置優(yōu)選放置在不銹鋼制的基底上，可用它來緊湊的放置硅質(zhì)棒，和用來移開石墨電極，而不會造成碳對硅棒的污染。
本發(fā)明的另一主題涉及使用本發(fā)明裝置保護(hù)半導(dǎo)體材料的方法。
在粉碎半導(dǎo)體材料(優(yōu)選硅)時，對用來保護(hù)半導(dǎo)體材料的方法提供了選擇。按照本發(fā)明，在該裝置上的這種粉碎方法的優(yōu)點是，被粉碎材料不會受到進(jìn)一步污染，并且用來粉碎的基底易于與半導(dǎo)體材料分離，并易于受到處置，因為由超純水制成的冰易于被熔化，這是一種對環(huán)境極為有益的方法。安裝由超純水制作的冰的支承體，特別優(yōu)選由硅制作，原因是在冰發(fā)生損壞時，放置其上的半導(dǎo)體材料(硅的形態(tài))就會與基底相接觸，被粉碎的半導(dǎo)體材料不會再受到污染。
權(quán)利要求
1.一種保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置，其中，半導(dǎo)體材料被放置在一個由超純水形成的冰制表面上。
2.按權(quán)利要求1所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置，其中，該半導(dǎo)體材料是硅。
3.按權(quán)利要求1或2所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置，其中，由超純水制的冰具有大于0.07μS的導(dǎo)電率。
4.按權(quán)利要求1，2或3所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置，其中，支承體表面有一層由超純水制的冰的表面。
5.按權(quán)利要求1-4的一項或多項所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置，其中，該支承體是由硅構(gòu)成的。
6.一種保護(hù)半導(dǎo)體材料的方法，其中，使用了按權(quán)利要求1-5的一項或多項中的裝置。
7.按權(quán)利要求6中所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的方法，其中，半導(dǎo)體材料在按權(quán)利要求1-5的一項或多項中所述的裝置中粉碎。
8.按權(quán)利要求1-5的一項或多項中所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置，其中，該裝置為一篩分裝置。
9.按權(quán)利要求8所述的保護(hù)半導(dǎo)體材料的方法，其中，半導(dǎo)體材料在一種按在權(quán)利要求8中所述的裝置中被篩分。
全文摘要
一種保護(hù)半導(dǎo)體材料的裝置,其中,半導(dǎo)體材料被放置在一由超純水形成的冰制表面上。
文檔編號B07B1/00GK1197284SQ9810117
公開日1998年10月28日 申請日期1998年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月18日
發(fā)明者賴因哈德·沃爾夫, 迪爾克·弗勒特曼, 馬托伊斯·尚茨 申請人:瓦克化學(xué)有限公司