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Vorrichtung zum Ziehen von Kristallen
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061die maximale Längsabmessung der Öffnung wenigstens das Sechsfache der kleinsten Breitenabmessung beträgt.
Durch die Erfindung gelingt es, die Breite des unterkühlten Bereichs der Schmelze wenigstens in der Zone, in der der Mittelsteg der Kristallbahn erzeugt werden soll, extrem klein zu halten, und es wird eine kontinuierliche Erzeugung von Silikonbändern oder-bahnen, die dünner als 50 g sind, ermöglicht. Die Öffnung in der Abdeckung dient dazu, die Form der unterkühlten Zone in dem geschmolzenen Halbleitermaterial zu bestimmen, da die Abdeckung dicht über der Schmelze angeordnet ist und die Wärme in die Schmelze von allen Bereichen mit Ausnahme der Öffnung zurückreflektiert. Unterhalb der Öffnung abgestrahlte Wärme wird nicht in die Schmelze zurückreflektiert, sondern geht durch die Öffnung hindurch, so dass ein unterkühlter Schmelzbereich gebildet wird, aus dem der Halbleiterkristall wächst.
Gemäss einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung kann die gesamte Querschnittsfläche der Öffnung weniger als 1, 61 cut betragen. Zufriedenstellende Ergebnisse können aber auch mit unterkühlten Bereichen von 0, 8 cut und darunter erreicht werden. Eine Siliziumbahn, die hinreichend dünn ist, um sichtbares Licht durchzulassen, kann, wie nachstehend noch näher ausgeführt ist, auf diese Weise kontinuierlich erzeugt werden.
An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise erläutert. Fig. 1 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Vorrichtung gemäss der Erfindung zum Züchten von Kristallen für die Erzeugung einer Halbleiterkristallbahn, Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer dendritischen Kristallbahn und die Fig. 3,4 und 5 zeigen Draufsichten auf Wärmeabdeckungen, die in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendet werden können.
In den Zeichnungen werden gleiche oder entsprechende Teile durchwegs mit gleichen Bezugszei-
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angeordnet, um das Halbleitermaterial --14-- über seinen Schmelzpunkt zu erhitzen und es in einem geschmolzenen Zustand zu halten.
Ein Hitzeschild --17--, beispielsweise aus Quarz, ist um den Tiegel--13-- angeordnet, um einen übermässigen Wärmeverlust zu verhindern und um als Abschirmung zu dienen.
Dicht über dem Tiegel --13- in unmittelbarer Nähe der Oberfläche der Schmelze befindet sich eine Abdeckung-18-mit einer hoffnung die in der Mitte über der Schmelze angeordnet ist.
Eine mit einer Öffnung versehene Wärmeabschirmung-21-, die ein grösseres Loch oder eine grössere Öffnung als die Abdeckung --18-- hat, kann über der Abdeckung und im Abstand von dieser, wenn gewünscht, angeordnet sein, um den Wärmeverlust oder die Wärmeabstrahlung aus dem Tiegel zu vermindern. Der Deckel und die Abschirmung können aus irgendeinem für diesen Zweck geeigneten Material, beispielsweise aus Molybdän, Tantal oder Wolfram, bestehen. Ein Kristallziehstab --22-- ist über der hoffnung-19-, die sich in dem Deckel befindet, angeordnet und geeignet, um ein Ende eines Kristallkeimlings zu halten.
Die Vorrichtung wird verwendet, um Halbleitermaterial in den geschmolzenen Zustand zu bringen und dieses Material auf einer solchen Temperatur zu halten, dass eine unterkühlte Zone unter der Öff- nung-19-- der Abdeckung-'-18-vorhanden ist. Die Temperatureinstellung erfolgt durch bekannte Steuereinrichtungen. Ein Kristallkeimling ist auf dem Stab --22-- fest angeordnet und der Stab wird nach unten geschoben, um den Kristallkeimling mit der Schmelze in Berührung zu bringen, so dass der Keimling von der Schmelze benetzt wird. Die Temperatur wird dann ausreichend reduziert, um eine Unterkühlung zu erhalten, und der Ziehstab --22-- wird nach oben herausgezogen, wodurch der Kristall aus dem unterkühlten Bereich in bekannter Weise herauswächst.
Durch Verwendung eines Kristallkeimlings, der aus einem Kristalldendriten mit wenigstens zwei Zwillingsebenen, die parallel zu der (211)Achse verlaufen, besteht und der mit einer (111)-Achse parallel zur Oberfläche der Schmelze und mit einer (211)-Achse senkrecht zur Oberfläche der Schmelze orientiert ist. Der gezüchtete Kristall--23-besteht aus einem Paar von Dendriten --24 und 26-- mit einem dünnen Streifen --27-- zwischen diesen Dendriten, wie in Fig. 2 dargestellt.
Um kontinuierlich eine Siliziumkristallbahn mit einer Bahnstärke unter 50 J1. zu erzeugen, wurde
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--19-- inhaben muss. Drei verschiedene Ausführungsformen der Abdeckung nach dieser Erfindung, mit denen gute Erfolge erzielt werden, sind in den Fig. 3,4 und 5 mit --18a, lSb und 18c-bezeichnet. Die Öffnung
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der Abdeckung --18a-- (Fig. 3) ist rein rechteckförmig und hat in einer praktischen Ausführungsform eine Länge von 40 mm und eine Breite von 2 mm. Die Querschnittsfläche beträgt etwa 0, 77 cm2.
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dabei zu verhindern, dass die Dendriten die Ränder der Öffnung berühren, wenn der Kristall aus der Schmelze gezogen wird.
Es wurde gefunden, dass sich mit den Ausführungsformen --18b und 18c--, die in den Fig. 4 und 5 dargestellt sind, leichter und mit demselben Ergebnis arbeiten lässt, wobei kontinuierlich Bahnen mit einer Stärke unter 50 li erhalten werden können. Die verbreiterten Bereiche an den Enden dieser symmetrischen Konfigurationen bilden den Raum für die Dendriten. Bei einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird ein Längen- zu Breitenverhältnis der Öffnung von 6 : 1 bei einer Gesamtquerschnittsfläche von etwa 1, 61 cm2 verwendet. Um dünne Bahnen mit Stärken unter 50 zu erhalten, treten erfahrungsgemäss mit dieser Vorrichtung einige Schwierigkeiten auf, jedoch bei mehreren Versuchen mit dieser Vorrichtung ergaben sich annehmbare reproduzierbare Ergebnisse.
Durch Ändern des Längen- zu Breitenverhältnisses von 6 : 1 auf 5 : 1, indem die minimale Breite vergrössert und die Länge etwas verkleinert wird, so dass etwa derselbe Querschnitt mit 1, 61 cm2 erhalten wird, wird nur ganz zufällig eine
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gezeichnete Reproduzierbarkeit der Bahnstärke unter 50 p.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform --18c- wurde dazu verwendet, um zu bestimmen, ob die genaue Form irgendeinen bemerkenswerten Effekt auf die Erzeugung der dünnen Bahn hat und um zusätzliche Ergebnisse unter Verwendung von Öffnungen mit etwa 0,8 cm2 zu erhalten. Wieder wurde
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Verhältnissen gezogen werden kann. Für die gleichmässigsten Ergebnisse wird ein Verhältnis von Länge zu minimaler Breite von wenigstens etwa 10 : 1 bevorzugt. In allen Fällen wird gefunden, dass, um beste Ergebnisse zu erhalten, die minimale Breite an der Stelle vorliegen muss, an der das Mittelstück der Bahn gebildet werden soll. Es wurde ebenfalls gefunden, dass die gleichen Verhältnisse von Länge zu Breite, mit denen gleichmässig Stärken unter 50 li erhalten werden, praktisch auch das Wachstum zusätzlicher Dendriten in der Bahn verhindern.
Es wurde weiter gefunden, dass mit dieser Konfiguration durchwegs ebenere Bahn- oder Bandflächen erzeugt werden als mit jeder andern untersuchten Konfiguration.
Die nachfolgende Tabelle erläutert die mit Silizium unter Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen erhaltenen Ergebnisse.
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<tb>
<tb>
Verhältnis <SEP> Öffnung <SEP> Ziehge-Bahnstärke
<tb> von <SEP> Länge <SEP> der <SEP> Ab-schwindig- <SEP> (jn) <SEP>
<tb> zu <SEP> Breite <SEP> deckung <SEP> keit
<tb> (cm) <SEP> (cm/min)
<tb> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1, <SEP> 61 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 140
<tb> 61 <SEP> 1, <SEP> 61 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 49
<tb> 10 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 1,61 <SEP> 1, <SEP> 8 <SEP> 30
<tb> 5 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 82
<tb> 6 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 77 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 37
<tb> 10 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 77 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP> 28
<tb>
Es wurde gefunden, dass es bei Verändern der Ziehgeschwindigkeit unter Verwendung der oben beschriebenen W ärmeabdeckung möglich ist, Siliziumkristal1balmen mit einer Stärke unter 10 zu ziehen.
Die genaue dargestellte Form kann solange modifiziert werden, als die Verhältnisse von Länge zu minimaler Breite der Öffnungen innerhalb der kritischen Grenzen, die oben für gleichmässige Ergebnisse definiert werden, gehalten werden.