[发明专利]粉碎半导体材料的方法

说明书

本发明涉及一种无污染粉碎半导体材料的方法，进一步地，本发明涉及一套使该方法得以实施的装置。

在许多生产半导体产品的初始阶段，必需使半导体材料呈熔化状态。大多数情况下，是把半导体材料置于坩埚或类似的器具中熔化。然后，用公知的方法铸模或分离出晶体。这些便是诸如以下产品的基础材料，如太阳能电池、储存器芯片或微处理机。如果要被熔化的半导体材料是大体积的固体，如气相沉积之后的棒形，在坩埚中将其熔化之前必须先粉碎。只有这样才能有效地利用坩埚的容积，并可以省时，节能，减少熔炼次数。这正是把大表面的熔化物粉碎成小颗粒的结果。

在粉碎期间，要十分小心，以保证碎块的表面不被其它杂质污染。尤其是不被金属原子污染，因这将伤害性地改变半导体材料的电性能。如果需要粉碎的半导体材料是用机械工具--比如碎钢机--来粉碎，这是迄今为止最主要、最常用的方法，那么其碎块势必在熔化之前要进行复杂而昂贵的清洁。

根据德国专利申请DE-3811091A1和其相应的美国专利US4,871,117，用下述方法来粉碎固体、大体积硅块是可行的，甚至用机械工具粉碎也是可行的。这种工具的工作表面是由非污染物或极轻微污染物，如硅或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷组成的。在要粉碎的硅体内造成一个温度梯度可以达到粉碎的目的，先从硅体外部热幅射使其表面温度达400-1400℃，然后迅速地冷却，使温度至少下降300℃，以便使其温度梯度至少是部分地逆转。为形成温度梯度，要被粉碎的固体需先放入炉中加热。然而这种方法有不利之处，即在加热阶段，会导致或/和加速那些吸附在半导体材料表面的杂质的扩散。这样，杂质便进入半导体材料的内部晶体结构中，结果使那些只能清除表面杂质的清除措施不能清除这些杂质。另外，该方法还涉及一个问题：即在加热期间，炉体材料释放的杂质对半导体材料的污染是不可避免的。

本发明的目的在于提供一种方法，使用该方法可以不必加热，也不用机械工具无污染地粉碎半导体材料。进一步地，本发明的目的还在于提供一种使此方法得以实施的装置。

本发明的目的通过如下方法而完成，该方法是使半导体材料无污染粉碎的方法，其中包括至少产生一种液体射流，该液体射流是通过给液体加压使之通过喷嘴而形成，将该液体射流导向半导体材料，以便以高速冲击半导体材料的表面。进一步地，该目的通过如下装置而完成，该装置是一种用于无污染粉碎半导体材料的装置，其中包括，容器1，用于接收被粉碎的半导体材料；至少一个喷嘴2，液体射流3从该喷嘴中通过以高速导向将要被粉碎的半导体材料4；一个输送装置7，用于从容器1中移走被粉碎的半导体材料；释放或中断液体射流的装置；固定喷嘴2和/或推进半导体材料4的装置。

该方法优选是用于粉碎易碎的且坚硬的半导体材料，如硅、砷化锗或砷化镓。在这一点上，无论是已提前被粉碎的碎块还是铸成形的模体并不重要，比如块状或棒状的半导体材料均可被粉碎。由于应用液体射流来粉碎半导体材料，所以在粉辞过程中选择合适的、极纯净的液体，杂质污染的风险就会显著地降低。优选是用纯水，但也不排除使用水溶液，比如含添加剂的水溶液。所用添加剂具有清除半导体材料表面杂质的效能或是具有表面蚀刻效能。使用有机溶剂或溶剂混合物也是可行的，优选为这些有机溶剂或溶剂混合物的沸点要尽可能低，以便干燥被粉碎的半导体材料时，耗费较低的能量。粉碎半导体材料所必需的能量是在对液体加压使之以高速射出喷嘴形成液体射流所消耗的。

液体射流被控制以30-90°的角度冲击半导体材料表面。优选的角度是60-90°，最优选的是90°。

喷嘴尖端的横截面形状决定离开喷嘴的液体射流的横截面形状，优选是圆形，长方形，正方形或多边形，但也可是其它不同形状。在喷嘴尖端，射离喷嘴的液体射流的截面积优选是0.005-20mm²，更优选的是0.05-3mm²。已经知道，喷嘴可被导向半导体材料，喷嘴尖端甚至触及半导体材料的表面。这样，要避免喷嘴对半导体材料的污染，喷嘴尖端需由一种抗磨损的材料制成，比如用蓝宝石。为了消除由于喷嘴材料而产生的污染，该方法中在半导体材料要发生运输的情况下，更有利于防止污染的措施是使喷嘴尖端距半导体材料表面有一定的距离。喷嘴尖端到半导体材料表面的距离优选为0-150mm，更优选是10-20mm。