专利名称：在冰上粉碎超纯硅的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种保护半导体材料的装置和一种保护半导体材料的方法。
生产太阳能电池或者诸如存储元件或微处理器之类电子元件要求高纯半导体材料。为此，要努力寻求保持尽可能低的有害杂质浓度。常常发现，已经制得的达到高纯度的半导体材料，在进一步加工成所需产品期间，再次受到污染。为此，为了保持原来的纯度，需要一次次的再进行昂贵的提纯。举例而言，进入半导体材料晶格中的外来金属原子破坏了电荷分布，并能降低最终元件的功能，或者甚至导致该元件的失效。因此，特别要避免由金属污染物造成的对半导体材料的污染。这点特别适用于硅的情况，硅在电子工业中是极常用的半导体材料。
举例而言，高纯度硅的制备可通过热分解易于挥发和因此易于用蒸馏法提纯的一类硅化合物(诸如三氯硅烷)来实现。
使用西门子法(Siemens Process)是制备高纯度硅最通常采用的方法。在石英反应器中，将三氯硅烷和氢的混合物导入到被直流电加热到大约1110℃的细硅棒上。这就制得了棒形的多晶硅，棒的典型直径为70-300mm，长度为500-2500mm。该多晶硅被用来用制备坩埚提拉单晶，被用来制作条状和箔状物，或者制作多晶太阳能电池基板材料。
为了生产这些产品，需要在坩埚中熔融固体硅。为了在坩埚中填入较大的材料量，而使熔体尽可能有效，在熔化前，必须把上述多晶硅棒粉碎，并且其后加以筛分。这样往往会涉及到半导体表面的污染，原因是粉碎时使用的是诸如齿板或滚筒粉碎机，锤、凿子类金属质的粉碎工具，在诸如钢质或塑料质类材料的基底上进行的。此外，其后的筛分操作往往是在金属或塑料制的筛上进行的。这样，在粉碎操作和筛分步骤中，硅会受到来自粉碎工具和基底的金属或碳的污染。为了除去这些污染物，在熔化之前，碎片必须要受到复杂和高费用的表面净化处理，举例而言，用HF/HNO3的浸蚀处理。
为此，也使用了硅质材料的基底和用硅制造的或者涂有硅层的粉碎工具，来减少粉碎期间的污染。由硅制造的或用硅涂层的筛也形成了在筛分操作中现有技术的部分。然而，其缺点是在粉碎操作(用锤击打)期间或在筛分操作期间，力的传送会使它们受到损毁或破坏，结果它们不得不被替换掉。用来破碎和筛分的基底平均经受的寿命约为10-15批(相当于大约10-15t)。其后，必须要替换碎裂的部件(约30％)，以便使基底的碎片不可能进入要销售的材料中。
除此之外，由于这种材料被压裂或被粉碎成了不合要求的碎片尺寸，造成不再能被销售的后果，故不得不对这些硅制基底作进一步的处置，造成额外的费用增加。制作这类基底要求进行另外的硅分离，加工制造出成型部件，并由此作复杂的净化处理，例如，用HF/HNO3的浸蚀处理。
因此，本发明的目的将是克服现有技术的缺点，并提供一种减少在粉碎、筛分期间或在传送期间对半导体材料产生再次污染的方法和装置。借助于本发明可以达到这一目的。
本发明的主题是提供一种保护半导体材料的装置。其特点在于，该半导体材料置于一块由超纯水制得的冰的表面上。
按本发明的装置是由冰构成的。该冰能以成本-效果方式由超纯水制得，优选具有的电导率为大于0.07μS、并且特别优选导电率大于0.05μS。由超纯水制得的该冰优选被置于一支承体的表面，诸如一种由钢、塑料、半导体材料(例如硅半导体材料)或其它适合材料制成的基底。同样地，由超纯水制得的冰也可构成一自承块。
通过将其淀积在一支承体上，诸如在由钢、塑料、半导体材料(优选的例子是硅)或其它适当材料制作的一基底上，来完成该冰的制作，在这种情况下，管被安装在该支承体的下面，冷却液(例如，优选一种碳酸钾水溶液)流过这些管子。为了更好的冷却该支承体，将这些管置于热交换化合物中。为了节省能量，在远离支承体的管子侧面通常是绝缘的。冷却液在制冷机中制冷，优选冷至-10℃以下，特别优选冷至近-25℃，并且其后被泵抽吸通过该支承体的管子。
在冷却操作期间，和在该操作之后的阶段中，基底表面用具有上述电导率的超纯水喷洒。优选使该层生长至0.5cm-30cm厚度，特别优选5cm-20cm，尤其特别优选5cm-10cm。一旦生长至上述厚度时，把半导体材料，诸如，硅或锗、或砷化镓放置在该冰层上。也可以把该半导体材料放置在一块由超纯水制的自承冰上，或可把这种半导体材料冻结入这种冰块中，以便，例如，用于传送。
优选，半导体材料(举例而言，诸如按西门子法制得的硅棒)被放置在该冰层上，以便使用无污染的破碎方法(举例而言，诸如借助于用超纯硅制作的锤)，在由超纯水制作的冰上，对其作粉碎操作。也可以想像，在两层冰层间的半导体材料，通过冰层的突然拍打在一起，完成粉碎操作。
其后，使用硅滑阀把形成的冰-硅混合物推到一被加热的硅基底上，用辐射加热器干燥。在该干燥过程之后，就有可能在硅筛上进行一般的筛分操作。
本发明的另一主题是本发明用来保护半导体材料的一种装置，其特点在于，该装置是一种筛分装置。
进一步说来，筛分操作可以在一个由超纯水制的冰涂敷的筛上进行。然而，为了达到令人满意的筛分结果，有必要把冰从在粉碎操作期间所产生的冰-硅混合物中分离出来。举例而言，可以通过在一硅的基底上，把该混合物短时加热到水的熔化点以上来完成分离。在筛分完成以后，其后进行上述的干燥操作。
用于已知的区域提纯法的半导体材料(诸如优选的硅棒)可以被嵌入按照本发明的装置，以进行加工，如切割成规定长度，进行圆锥体研磨。
为了从西门子反应器取出半导体棒，也可以生产和使用根据本发明的装置形式的移动辅助工具。
另外，本发明的装置优选放置在不锈钢制的基底上，可用它来紧凑的放置硅质棒，和用来移开石墨电极，而不会造成碳对硅棒的污染。
本发明的另一主题涉及使用本发明装置保护半导体材料的方法。
在粉碎半导体材料(优选硅)时，对用来保护半导体材料的方法提供了选择。按照本发明，在该装置上的这种粉碎方法的优点是，被粉碎材料不会受到进一步污染，并且用来粉碎的基底易于与半导体材料分离，并易于受到处置，因为由超纯水制成的冰易于被熔化，这是一种对环境极为有益的方法。安装由超纯水制作的冰的支承体，特别优选由硅制作，原因是在冰发生损坏时，放置其上的半导体材料(硅的形态)就会与基底相接触，被粉碎的半导体材料不会再受到污染。
权利要求
1.一种保护半导体材料的装置，其中，半导体材料被放置在一个由超纯水形成的冰制表面上。
2.按权利要求1所述的保护半导体材料的装置，其中，该半导体材料是硅。
3.按权利要求1或2所述的保护半导体材料的装置，其中，由超纯水制的冰具有大于0.07μS的导电率。
4.按权利要求1，2或3所述的保护半导体材料的装置，其中，支承体表面有一层由超纯水制的冰的表面。
5.按权利要求1-4的一项或多项所述的保护半导体材料的装置，其中，该支承体是由硅构成的。
6.一种保护半导体材料的方法，其中，使用了按权利要求1-5的一项或多项中的装置。
7.按权利要求6中所述的保护半导体材料的方法，其中，半导体材料在按权利要求1-5的一项或多项中所述的装置中粉碎。
8.按权利要求1-5的一项或多项中所述的保护半导体材料的装置，其中，该装置为一筛分装置。
9.按权利要求8所述的保护半导体材料的方法，其中，半导体材料在一种按在权利要求8中所述的装置中被筛分。
全文摘要
一种保护半导体材料的装置,其中,半导体材料被放置在一由超纯水形成的冰制表面上。
文档编号B07B1/00GK1197284SQ9810117
公开日1998年10月28日 申请日期1998年4月10日 优先权日1997年4月18日
发明者赖因哈德·沃尔夫, 迪尔克·弗勒特曼, 马托伊斯·尚茨 申请人:瓦克化学有限公司