DD226599B1 - Vorrichtung zur herstellung von silizium-duennstaeben - Google Patents

Description

herausgezogen wird. Der Transport der Silicium-Dünnstäbe aus der Kammer erfolgt mittels zweier Zahnriemen, die von den einander gegenüberliegenden Seiten elastisch an den Silicium-Dünnstab angedrückt werden. Der Zugmechanismus ist auf einem rotierenden Trägerflansch angebracht, der die Öffnung in der oberen Fläche der Kammer derEinrichtung dicht verschließt und den Silicium-Dünnstab in eine Translations- und Rotationsbewegung versetzt. Mit dem rotierenden Trägerflansch sind eine oder mehrere elastische Dichtungen fest verbunden, welche die Durchführungsöffnung für den Silicium-Dünnstab abdichten sowie das Führungsrohr, dessen Länge minimal 150 mm beträgt und dessen Innendurchmesser um 2 mm größer ist als der mittlere Durchmesser eines Silicium-Dünnstabes. Der Vorteil der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Herstellung von Silicium-Dünnstäben besteht darin, daß durch die zwangsweise synchrone Drehung des Zugmechanismus mit der Dichtung und des gleichzeitig als Ziehstange verwendeten Silicium-Dünnstabes sowie durch Ausbildung der radialen Dichtung als Trägerflansch, Silicium-Dünnstäbe von beliebiger Länge mit engen Toleranzen der geometrischen Parameter für die thermische Zersetzung von Trichlorsilan und Abscheidung von Silicium an den Silicium-Dünnstäben hergestellt werden.

Es ist zweckmäßig, daß der Silicium-Dünnstab nach Erreichen der nötigen Länge automatisch abgetrennt und in ein Magazin gebracht wird. Es ist ebenfalls möglich, zwei bis vier Zugmechanismen zum Ziehen von Silicium-Dünnstäben anzuschließen. Die Kammerabdichtung an der Stelle der Durchführung des Silicium-Dünnstabes rotiert gemeinsam mit dem Silicium-Dünnstab, so daß sie gemeinsam nur die Translationsbewegung durchführen, was Funktionsstörungen der Dichtung auf Grund von Oberflächenunebenheiten des Silicium-Dünnstabes und damit auch das unerwünschte Eindringen von Luft in die Kammer der Einrichtung verhindert.

Auf den beiliegenden Zeichnungen wird ein Beispiel der Vorrichtung zur Durchführung des Ziehverfahrens von Silicium-Dünnstäben gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Abbildung 1 enthält die schematische Darstellung der gesamten Einrichtung zur Herstellung von Silicium-Dünnstäben mit einem Zugmechanismus. In Abbildung 2 und 3 ist der Aufriß und der Grundriß des Zugmechanismus dargestellt. Wie aus Abbildung 1 ersichtlich ist, wird das Ziehen von Silicium-Dünnstäben 6 in einer Kammer unter Vakuum oder in einer mit Inertgas gefüllten Kammer 1 der Einrichtung durchgeführt in deren unterem Teil sich eine Öffnung für die Welle 2 befindet, versehen mit Mechanismen, die ihre Rotations- und Schiebebewegung ermöglichen. Am oberen Ende der Welle 2 ist der Silicium-Mutterstab 3 befestigt, der mit seinem oberen Ende bis an die Induktorebene 5 reicht. Auf der oberen Kammerfläche 1 befindet sich über der Öffnung für die Welle 2 die Öffnung zum Einsetzen des rotierenden Trägerflansches 7, welcher diese Öffnung dicht verschließt und der über ein Schneckengetriebe durch den Motor 12 angetrieben wird. Der rotierende Trägerflansch 7 ist fest mit dem Führungsrohr 11 verbunden, welches die Ablenkung von der Achse beim Silicium-Dünnstab 6 verhindert, mit der Dichtung der Durchführungsöffnung für den Silicium-Dünnstab 6 aus der Kammer 1 der Einrichtung, bestehend aus einer oder aus mehreren elastischen Dichtungen 10 und mit Zugmechanismus 8, dessen Zahnriemen flexibel von zwei sich gegenüberliegenden Seiten auf den Silicium-Dünnstab 6 drücken. Es ist klar, daß durch Einschalten des Motors 12, der den rotierenden Trägerflansch 7 antreibt, gleichzeitig mit dem Zugmechanismus 8 ebenfalls der Silicium-Dünnstab 6, die elastische Dichtung 10 sowie das Führungsrohr 11 in Rotationsbewegung versetzt werden. Die Translationsbewegung des Silicium-Dünnstabes 6 führt der Zugmechanismus 8 durch, dessen Funktion auf Abbildung 2 und Abbildung 3 zu sehen ist. Die Zahnriemen 9, auf der äußeren Fläche mit Nuten versehen, die einen vorzüglichen Kontakt mit dem Silicium-Dünnstab 6 ermöglichen, werden durch den Motor 13 über antreibende Zahnräder 14 angetrieben. Die Laufbahn der Wirkung der Zahnriemen 9 auf den Silicium-Dünnstab 6 wird durch die getriebenen Zahnräder 15 begrenzt, wobei die ständige Spannung durch elastisch angebrachte Zahnräder 16 gesichert ist. Der elastische Druck der Zahnriemen 9 auf den Silicium-Dünnstab 6 wird durch Einwirken von mindestens einem Paar Zahnrollen 17, welche mit Hilfe von Federn 18, angebracht auf Hebeln 19 an Bolzen 20, bewirkt, welche die Zahnriemen 9 auf den Silicium-Dünnstab 6 drücken. Die Bewegung der Zahnrollen 17 in den Bolzen 20 wird begrenzt durch die Anschläge 21, welche die gleichachsige Lage des Zugmechanismus mit dem Führungsrohr 11 festlegen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Vor Beginn des Ziehens wird der Silizium-Dünnstab 6, dessen Länge mindestens der Entfernung des oberen Endes des Zugmechanismus 8 vom Induktor 5 über den Zugmechanismus 8 vom Induktor 5 entspricht, über den Zugmechanismus 8, die elastische Dichtung 10 und das Führungsrohr 11 in die Kammer 1 der Vorrichtung eingelegt. Hochfrequenzströme fließen durch den Induktor 5, induzieren am oberen Ende des Silizium-Mutterstabes 3 Wirbelströme, die ihn erhitzen, bis es zu seinem Zerschmelzen kommt und zur Bildung des Tropfens der Schmelze 4. Der Silizium-Dünnstab 6 nähert sich dann dem Tropfen der Schmelze 4, und nach ihrer Durchschmelzung kann mit dem Ziehen begonnen werden. Der Silizium-Dünnstab 6 wird durch Anlassen des Motors 12, der den rotierenden Trägerflansch 7 antreibt, in eine Rotationsbewegung gesetzt und zwar mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 50 Umdrehungen/Minute, und durch Anlassen des Motors 13, der die Zahnriemen 9 antreibt, mit einer Geschwindigkeit von 14 bis 22 mm/Minute in eine Translationsbewegung versetzt.

Über dem Niveau des Induktors 5 kommt es zum Erstarren eines Teiles des Tropfens der Schmelze 4 in Form des Silizium-Dünnstabes, dessen Durchmesser die Funktion der Geschwindigkeit seiner Translationsbewegung, der Translationsbewegung der Welle 2 und des Durchmessers des Silizium-Mutterstabes 3 ist. Falls ein Silizium-Mutterstab 3 mit größerem Durchmesser als 20 mm verwendet wird oder bei Benutzung des Induktors 5 nicht symmetrischer Form, ist es von Vorteil, die Welle 2 mit einer Geschwindigkeit von 1 bis 10 Umdrehungen/Minute rotieren zu lassen.

Die Anwendung der Erfindung ermöglicht die Herstellung endlos langer oder die nahezu kontinuierliche Herstellung einer größeren Zahl von Silizium-Dünnstäben beliebiger Länge, mit engen Toleranzen der geometrischen Parameter, die beim bekannten Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium durch Zersetzung von Halogensilanen auf Silizium-Seelen verwendet werden. Die Erfindung kann auch auf Vorrichtungen für das Floating-Verfahren von Silizium mit Induktionsheizung angebracht werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Herstellung endlos langer Silicium-Dünnstäbe aus einer Siliciumschmelze oder aus einem Silicium-Mutterstab, durch Ansetzen und Verschmelzen eines Silicium-Dünnstabes mit der Siliciumschmelze oder mit dem Silicium-Mutterstab in einer Kammer (1) mittels eines Zugmechanismus (8), dargestellt durch ein Zugriemenpaar (9), das elastisch an einem Silicium-Dünnstab (6) anliegt, gekennzeichnet dadurch, daß ein mit dem Silicium-Dünnstab mitrotierender Trägerflansch (7), der die Öffnung im oberen Teil der Kammer (1 > mittels Dichtung (10) dicht verschließt, fest mit einem Führungsrohr (11) verbunden ist.

2. Vorrichtung zur Herstellung endlos langer Silicium-Dünnstäbe nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Dichtung der Durchführungsöffnung für den Silicium-Dünnstab (6), der zugleich Ziehstange der Anlage ist, aus einer oder mehreren in der Reihenfolge hintereinander angeordneten elastischen Dichtungen (10) fest verbunden mit dem rotierenden Trägerflansch (7) besteht.

3. Vorrichtung zur Herstellung endlos langer Silicium-Dünnstäbe nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Führungsrohr (11), das fest mit dem rotierenden Trägerflansch (7) verbunden ist, eine Länge von minimal 150 mm besitzt, wobei dessen Innendurchmesser um 2 mm größer ist als das Mittel des Durchmessers des Silicium-Dünnstabes.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Silicium-Dünnstäben, insbesondere die Herstellung endlos langer oder die nahezu kontinuierliche Herstellung einer Vielzahl von Silicium-Dünnstäben.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Herstellung von polykristallinem Silicium werden Silicium-Dünnstäbe, auch Seelen genannt, benötigt. Bei den allgemein bekannten Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium für die Halbleiterindustrie werden Halogensilane thermisch zersetzt und an diesen Silicium-Dünnstäben, deren Durchmesser im allgemeinen 4 bis 6mm beträgt, abgeschieden. Aus ökonomischen Gründen ist es nötig, daß diese Silicium-Dünnstäbe eine bestimmte Länge erreichen, wobei es aus technologischen Gründen nötig ist, im maximalen Ausmaß ihre Geradlinigkeit und ihren konstanten Durchmesser einzuhalten. Bei der Herstellung von Silicium-Dünnstäben mit einer Länge von über 1 m ist dies jedoch ein erhebliches Problem. Allgemein erfolgt die Herstellung der Silicium-Dünnstäbe in einer evakuierten Kammer oder in einer mit Inertgas gefüllten Kammer so, daß mit Hilfe einer Ziehstange die Seele aus einer Schmelze oder aus einem Mutterstab gezogen wird. Die Vergrößerung der Länge der Silicium-Dünnstäbe erfordert zwangsläufig auch eine Vergrößerung der Länge der Ziehstange und damit ebenfalls der gesamten Anlage und außerdem auch den Einbau von Stützvorrichtungen zur Abstützung der langen Silicium-Dünnstäbe. Aus dem DRP 584866 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der gleichlaufend zueinander geführte endlose Bänder oder Ketten den Transport eines Kabels aus einer Kabelausziehvorrichtung übernehmen. Des weiteren ist in der US-P 3 607112 eine Vorrichtung beschrieben bei der ein dünner Kristall mittels Antriebsriemen, die an den Kristall angreifen und so eine Ziehbewegung ausüben, aus der Anlage hinaustransportiert wird. Zur Erreichung langer und gerader Silicium-Dünnstäbe ist es erforderlich, diese vakuumdicht bei einer gleichzeitigen Translations- und Rotationsbewegung aus der Anlage herauszuziehen. Dieses Problem, die Kristallzüchtungsanlage einerseits hermetisch abzudichten und gleichzeitig den Kristall oder einen Silicium-Dünnstab unter einer rotations-vertikalen Translationsbewegung aus der Kammer herauszuführen, wird mit den bekannten Lösungen nicht realisiert. Bei den bekannten Vorrichtungen zur Herstellung von Silicium-Dünnstäben beziehungsweise dünnen Kristallen ist die Dichtung mit der Kammer fest verbunden, wodurch der Silicium-Dünnstab gegen diese nicht nur eine Schiebe-, sondern auch eine Rotationsbewegung ausführt. Die dadurch auftretenden Nachteile sind insbesondere Bruch der Siliciumdünnstäbe, Verbiegungen und Durchmesserschwankungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung endlos langer, beziehungsweise die kontinuierliche Herstellung einer Vielzahl von Silicium-Dünnstäben zu entwickeln. Die Dünnstäbe sollen einen konstanten Durchmesser haben und gerade sein. Die Vorrichtung soll weitgehend automatisch betrieben werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung endlos langer beziehungsweise die Herstellung einer Vielzahl von Silicium-Dünnstäben aus einer Siliciumschmelze oder aus einem Silicium-Mutterstab, durch Anschmelzen und Verschmelzen eines Silicium-Dünnstabes mit der Siliciumschmelze oder mit dem Mutterstab zu realisieren, wobei der Silicium-Dünnstab, der gleichzeitig die Ziehstange der Vorrichtung darstellt, aus einer Kammer über eine Vakuum- und Gasdichtung aus der Kammer