DE2008410A1

DE2008410A1 - Method for producing a strip from monocrystalline silicon and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE2008410A1
Application number: DE19702008410
Authority: DE
Inventors: James Claude Richardson; Harper Ronald Charles Lewisville; Tex. Boatman (V.St.A.)
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1969-03-12
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1970-09-24
Also published as: JPS508714B1; NL7001278A; FR2037453A5; GB1295541A

Description

Our sign; M 827

TEXAS INSTRUMENTS INCORPORATEDTEXAS INSTRUMENTS INCORPORATED

13500 North Central Expressway, Dallas,'Texas, V.St.A,13500 North Central Expressway, Dallas, 'Texas, V.St.A,

Verfahren zur Herstellung eines Bandes aus monokristallinem Silizium und Vor- '. richtung zur Durchführung des VerfahrensProcess for the production of a tape from monocrystalline silicon and pre '. direction to carry out the procedure

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von monokristallinem Halbleitermaterial und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Bändern aus monokristallinem Silizium. .The invention relates to a method and an apparatus for the production of monocrystalline semiconductor material and more particularly to a method and apparatus for making tapes from monocrystalline Silicon. .

Die zunehmende Forderung nach grösserer Zuverlässigkeit von Halbleiterbauelementen und der fortgesetzte Zwang zur Verringerung der Kosten haben zu einer weitgehenden Mechanisierung der Halbleiterherstellungsverfahren geführt. Eine solche Mechanisierung ist auf die wirksame Anwendung von Scheiben aus monokristallinem Material gegründet, die aus gewachsenenKristallen hergestellt sind; sie hat zu gewissen Qualitätsverbesserungen und Kostenverringerungen geführt. Diese Verfahren sind jedoch auf die Serienbehandlung von vielen Scheiben beschränkt gewesen, die man von langen Stangen aus monokfcistallinem Material erhalten hat. Darüber hinaus führten die Vorgänge, beispielsweise das Sägen, Läppen, Polieren und Ätzen der Kristallscheiben, mit denen sie für die Herstellung vonHalbleiterbaueleraenten vorbereitet wurden, zu grossen Verlusten des ursprünglichen monokristallinenThe increasing demand for greater reliability of semiconductor components and the continued compulsion to Reduction in costs has led to an extensive mechanization of semiconductor manufacturing processes. Such mechanization is due to the effective application formed by discs of monocrystalline material, which are made from grown crystals; it has led to some quality improvements and cost reductions guided. However, these procedures are based on serial treatment have been limited by many slices, one of long ones Received rods made of monocrystalline material. About that In addition, the operations, such as sawing, lapping, polishing and etching of the crystal wafers they used for carried out the production of semiconductor components were prepared, resulting in large losses of the original monocrystalline

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Halbleitermaterials. So werden beispielsweise derzeit nur etwa 35$ dee Ausgangsmaterials endgültig in den Bauelementen verwendet. Nach einem bekannten Vorschlag zur Lösung des Abfallproblems wird Halbleitermaterial in der Form einer kristallinen Bahn zwischen Dendriten hergestellt. Dieses Verfahren hat jedoch viele ihm eigene Einschränkungen. Die Herstellung der Siliziumbahn zwischen zwei Dendriten erfordert, dass man die Dendrite aus einer unterkühlten Schmelze wachsen lässt, da das eigentliche dendritische Wachstum unter dem Flüssigkeitsspiegel in einem unterkühlten Bereich erfolgt. Die Temperatur des fiendritischen Wachstums liegt um etwa 5⁰C bis 15⁰O unter dem normalen Schmelzpunkt von Silizium. Wenn der unterkühlte Bereich hergestellt ist, muss er von einem mit einer Genauigkeit von etwa + 0,01⁰C arbeitenden geregelten System auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden. In der Anordnung aus Schmelztiegel und Abdeckung, die bei dem dendritischen Wachsverfahren verwendet wird, müssen die kritischen Temperaturgradienten zur Aufrechterhaltung des zum dendritischen Wachstum notwendigen unterkühlten B_ereichsbeibehalten werden. Dies ist für einen Herstellungsprozess eine komplizierte und schwierige Regelungsforderung. Semiconductor material. For example, currently only about 35% of the starting material is finally used in the components. According to a known proposal for solving the waste problem, semiconductor material is produced in the form of a crystalline path between dendrites. However, this method has many inherent limitations. The production of the silicon track between two dendrites requires that the dendrites grow from a supercooled melt, since the actual dendritic growth takes place below the liquid level in a supercooled area. The temperature of the fiendritischen growth is about 5 to 15 ⁰ C ⁰ O below the normal melting point of silicon. When the supercooled area has been established, it must be kept at an essentially constant temperature by a regulated system operating ^{with an accuracy of approximately + 0.01 ° C.} In the arrangement of crucible and cover, which is used in the dendritic growth method, the critical temperature gradient must be reichsbeibehalten to maintain the pressure required to dendritic growth supercooled B _e. This is a complicated and difficult regulatory requirement for a manufacturing process.

Die Anforderungen an Impfkristalle, die ein dendritisches Bandwachstum auslösen, sind' ebenfalls sehr kritisch. Geeignete Impfkristalle müssen Doppelebenen besitzen, die parallel zur Wachstumsrichtung liegen; die Anzahl und der Abstand dieser Doppelebenen sind dabei wichtig. Ausserdem breiten sich die Doppelebenen im Impfkristall durch die ganze wachsende Bahn aus, und sie sind im fertigen Material vorhanden. Das Vorhandensein von Dendriten längs der Kanten des Halbleiterbandes bringt Probleme bei der Bauelementenherstellung mit sich. Bei der Verwendung dieses Materials für epitaxiale Abscheidungen oder Diffusionen müssen diese Dendrite im allgemeinen entfernt werden. Die Dendrite können durch Anreissen oder Brechen, Ätzen oder Blektronenstrahl-The requirements for seed crystals that induce dendritic band growth are also very critical. Suitable seed crystals must have double planes that are parallel to the direction of growth; the number and the The distance between these double planes is important. In addition, the double planes in the seed crystal spread through the whole growing web, and they are present in the finished material. The presence of dendrites along the edges of the semiconductor tape brings problems in component manufacture with himself. When using this material for epitaxial depositions or diffusions, these must Dendrites are generally removed. The dendrites can be removed by scribing or breaking, etching or metal electron beam

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schneiden entfernt werden. Durch diese Verfahren wird das Ba Immaterial jedoch verunreinigt oder zerstört, und sie erhöhen die Bearbeitungskosten der fertigen Bahnen.cut to be removed. Through these procedures, the Ba Immaterial, however, contaminates or destroys, and they increase the processing costs of the finished webs.

Es ist auch bereits versucht worden, monokristalline Bänder dadurch herzustellen, dass ein Germaniumband durch einen Schlitz in einer Graphitplatte gezogen wird, die auf der Oberfläche einer in einem"Graphittiegel enthaltenen geschmolzenen Germaniumraasse schwimmt. Bei diesem Verfahren muss die -.Temperatur des die Graphitplatte umgebenden Bereichs jedoch innerhalb von + O,O3°C geregelt werden; dies ist sogar unter Laborbedingungen eine schwierige Aufgabe.Attempts have also been made to use monocrystalline ribbons by pulling a germanium ribbon through a slot in a graphite plate which is on the The surface of a molten germanium race contained in a "graphite crucible" floats. In this process must be the temperature of the surrounding graphite plate Range, however, can be controlled within + O, O3 ° C; this is a difficult task even under laboratory conditions.

Weiterhin hat man versucht, monokristalline Kristallbänder dadurch herzustellen, dass ein bandförmiger Halbleiterkristall aus einer Schmelze aus Halbleitermaterial nach oben durch eine . Pormfülirung gezogen wird, die mit einer Quärzscheibe. versehen sein kann, in der eine Öffnung angebracht ist. Die Öffnung durch die Scheibe besitzt gewöhnlich eine rechtwinklige Form, die die endgültige Form des durch die Öffnung gezogenen Bandes beeinflusst. Damit man ein monokristallines Band mit einer kristallographisch ebenen Oberfläche erhält, die sur Vermeidung von Iiäpp- und Poliervorgängen vor der Herstellung von Halbleiterbauelementen in ihr erwünscht ist, muss der zur Auslösung des BandWachstums verwendete monokristalline Impfkristall so vorbereitet werden, dass jede der Hauptflächen des Impfkristalls, auf der schliessliche die Breit- ■·)oder Hauptflächen des Bandes aufwachsen, von einer einzigen kristallographisohen Ebene gebildet wird. So wird beispielsweise bei der Herstellung von Siliziumhalbleiterbändern der Impfkristall normalerweise so geschnitten, dass auf den Hauptflächen (111)-Ebenen, auf den Schmalflächen (110)-Ebenen und auf den Impfkristalleödeη (211) -Ebenen freigelegt werden.Attempts have also been made to produce monocrystalline crystal ribbons to produce by a ribbon-shaped semiconductor crystal from a melt of semiconductor material through upwards one . Pormfülirung is drawn with a quartz disk. can be provided in which an opening is made. the The opening through the disc is usually rectangular Shape that is the final shape of what is drawn through the opening The band. So that you have a monocrystalline band with a crystallographically flat surface, which avoids lapping and polishing processes prior to manufacture of semiconductor components is desired in it, the monocrystalline used to trigger the band growth must be Seed crystal must be prepared in such a way that each of the main surfaces of the seed crystal, finally the broad- ■ ·) or main surfaces of the ribbon grow up from a single crystallographic layer Level is formed. For example, the seed crystal is used in the manufacture of silicon semiconductor tapes usually cut so that on the main surfaces (111) planes, are exposed on the narrow surface (110) planes and on the seed crystal oil (211) planes.

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Wenn der Impfkristall perfekt geschnitten ist, so dass die Kanten einzig und allein durch die gewünschten kristallographischen Ebenen begrenzt sind, und wenn der Impfkristall richtig ausgerichtet ist, wenn das monokristalline Band durch die Formen die Führung aus der Schmelze gezogen wird, dann können Bänder mit kristallographisch ebenen Oberflächen hergestellt werden, die vor der Herstellung von Halbleiterbauelementen^ dem Band nicht weiter geläppt oder poliert werden müssen.When the seed crystal is perfectly cut, leaving the edges solely through the desired crystallographic Planes are limited, and if the seed crystal is properly aligned, the monocrystalline ribbon passes through the molds the guide is drawn from the melt, then ribbons with crystallographically flat surfaces can be produced that are not lapped or polished any further before the production of semiconductor components ^ the tape have to.

Durch Anwendung herkömmlicher Verfahren ist es jedoch äusserst schwierig, monokristalline Impfkristalle herzustellen, deren Oberflächen gänzlich von den gewünschten kristallographischen Ebenen begrenzt sind. Während eine Hauptfläche eines Impfkristalls beispielsweise vorzugsweise von einer (11i)-Ebene begrenzt ist, kann die Fläche beim Schneiden des Impfkristalls doch bis zu 10° von einer (I11)-Ebene abweichen. Weiterhin kann der Ziehmechanismus beim Ziehen des Bandes nach dem Anwachsen des Kristalls durch Einführung des Impfkristalls durch die Forraftihrung um mehrere Grade von der Längsachse des Iqfkristalls oder des Bandes abweichen. Sollte derlmpfkristall eine nicht exakt geschnittene Fläche besitzen oder längs einer um wenige G-rade von der Vertikal- oder Längsachse abweichenden Achse gezogen werden, dann wird während des Ziehvorgangs auf dem Band keine kristallographisch ebene Hauptfläche gebildet.. Als Folge muss das ganze Qerät zerlegt werden, es muss einjneuer Impfkristall eingelegt werden, und die Ausrichtung des Ziehraechanismus muss -recändert werden, bis während des Ziehvorgangs eine kristallographisch ebene Fläche erzielt wird. Solche Probierverfahre η sind äusserst zeitraubend und teuer; sie machen die Produktion von Halbleiterbauelementen durch solche Techniken mit Ausnahme sehr begrenzter Anwendungsfälle unwirtschaftlich.However, using conventional methods, it is extremely difficult to produce monocrystalline seed crystals whose surfaces are entirely bounded by the desired crystallographic planes. While a main surface of a seed crystal is, for example, preferably delimited by a (11i) plane, the surface can deviate by up to 10 ° from a (I11) plane when the seed crystal is cut. Furthermore, the pulling mechanism when pulling the ribbon after the crystal has grown by introducing the seed crystal through the shape guide can deviate by several degrees from the longitudinal axis of the crystal or ribbon. If the seed crystal does not have a precisely cut surface or is drawn along an axis that deviates from the vertical or longitudinal axis by a few degrees, then no crystallographically flat main surface is formed on the tape during the drawing process. As a result, the entire device has to be dismantled A new seed crystal must be inserted and the alignment of the pulling mechanism must be changed again until a crystallographically flat surface is achieved during the pulling process. Such probing methods η are extremely time-consuming and expensive; they render the production of semiconductor devices by such techniques uneconomical, with the exception of very limited applications.

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Nach der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, womit man monokristalline Siliziumbänder mit kristallographisch ebenen Flächen unter Verwendung von Impf kristallen ... wachsen lassen kann, die bisher für einen solchen Zweck nicht verwendet werden konnten.According to the invention, a method and an apparatus is provided, with which one monocrystalline silicon ribbons with crystallographically flat surfaces using Inoculation crystals ... can grow that so far could not be used for such a purpose.

Ganz'allgemein kann man unter dem erfindungsgemässen Verfahren eine Verbesserung des Verfahrens verstehen, bei dem man einen bandförmigen Einkristall aus Silizium wachsen lässt, wobei eine geschmolzene Siliziummasse itiden Boden eines wenigstens mit einem geraden Rand versehenen Formführungsschlitzes eingegeben, die geschmozene Silziummassse mit einem monokristallinen SiIi-, ziümimpfkristall in Berührung gebracht und der Impfkristall unter Bildung eines monokristallinen Siliziumbandes zurückgezogen wird. DieVerbesserung des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass der bandförmige Kristall relativ zu dem geraden Rand' des Schlitzes in der Formführung so um eine Längsachse gedreht wird·, dass eine vorgewählteerste kristallogräphische Ebene auf den geraden Rand des Schlitzes ausgerichtet wird, damit diese Ebene eine Fläche des bandförmigen Kristalls bildet. Die Verbesserung besteht auch darin, dass das Band um eine zu dem geraden Rand des Schlitzes parallele Achse gedreht wird, so dass der Kristall längs der Langsachse gezogen wird.Quite generally, one can use the Process understand an improvement of the process, in which a band-shaped single crystal of silicon is grown, with a molten silicon mass itid bottom of at least one with a straight edge provided shape guide slot entered, the molten silicon mass with a monocrystalline SiIi-, Bred seed crystal in contact and the seed crystal to form a monocrystalline silicon ribbon is withdrawn. The improvement of the process described is that the ribbon-shaped crystal is relatively to the straight edge 'of the slot in the mold guide so is rotated around a longitudinal axis · that a preselected first The crystallographic plane is aligned with the straight edge of the slot so that this plane is a surface of the ribbon-shaped crystal forms. The improvement is also that the tape goes around one to the straight edge of the Slot's parallel axis is rotated so that the crystal is drawn along the longitudinal axis.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann allgemein als eine Verbesserung einer Kristallwachsvorrichtung der Art bezeichnet werden, wie sie zum Ziehen eines länglichen, bandförmigen Siliziumkristalls aus einem Formführungsschlitz mit wenigstens einen geradenRanä verwendet wird. Die Verbesserung der Vorrichtung umfasst allgemein eine erste Anordnung zum Drehen des monokristallinen Bandes ura seine Längsachse sowie eine zweite Anordnung zum Drehen des bandförmigen. Kristalls uns eine zweite Achse, die zum geraden Rand des Schlitzes parallelThe inventive device can generally be used as a Improvement of a crystal waxing device of the kind referred to as it is used for drawing an elongated, ribbon-shaped Silicon crystal from a shape guide slot with at least one straight edge is used. The improvement The apparatus generally includes a first arrangement for rotating the monocrystalline ribbon around its longitudinal axis as well a second arrangement for rotating the band-shaped. Crystal us a second axis parallel to the straight edge of the slot

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verläuft, so dass der Kristall längs seiner Längsachse gezogen wird.runs so that the crystal is along its longitudinal axis is pulled.

Ein Ausführuhgsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt." Darin zeigen:An Ausführungsuhgsbeispiel the invention is in the drawing shown. "They show:

Fig.1 eine Vorderansicht eines Teils eines monokristallinen Bandes, das infolge einer mangelhaft geschnittenen Hauptfläche am Impfkristall eine Unstetigkeit auf seiner Oberfläche aufweist,Fig.1 is a front view of part of a monocrystalline Band, which as a result of a poorly cut main surface on the seed crystal has a discontinuity on its Has surface,

Pig.2 eine Draufsicht auf einen Teil eines monokristallinen Bandes, das eine unregelmässig geformte Oberfläche besitzt, weil es in einer anderen Richtung als längs seiner Längsachse gezogen worden ist, ■Pig.2 is a plan view of part of a monocrystalline Band, which has an irregularly shaped surface because it is in a different direction than lengthways its longitudinal axis has been drawn, ■

Fig.3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 von Fig.2,FIG. 3 is a sectional view along the line 3-3 of FIG.

Fig.4 eine Torderansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung,4 is a front view of an embodiment of the device according to the invention,

Fig.5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 vbn Fig.4,Fig. 5 is a sectional view along the line 5-5 from Fig. 4,

Fig.6 eine vergrösserte Teilschnittansicht des Bereichs der in Fig.4 und 5 dargestellten Vorrichtung, injäem das monokristalline Band geformt wird, und6 shows an enlarged partial sectional view of the area the device shown in Figure 4 and 5, injäem the monocrystalline ribbon is formed, and

Fig.7 eine perspektivische Ansicht einer Formführung mit einem durch sie hindurchgezogenen Band.7 shows a perspective view of a mold guide with a ribbon pulled through it.

Zur Hervorhebung der Probleme, die bei dem Versuch, tnonokristalline Halbleiterbänder unter Verwendung herkömmlicher Verfahren wachsen zu lassen» auftreten, wird auf Fig.1 Bezug genommen, in der ein EOt<g':rtstal lines Band 11 dargestellt ist* dessen VQehstucr vcs. eines monotriaiallinea)To highlight the "occur to grow in trying tnonokristalline semiconductor bands using conventional methods of the problems, referring to Figure 1, in an EOT <g ': rtstal lines tape is shown 11 * whose VQehstucr vcs. of a monotriaiallinea)

Impfkristall 12 ausgelöst-· worden., ist.. Von der Hauptfläche des Impfkristalls 12 ist angenommen worden, dass sie in der (m)-Ebene geschnitten, worden ist» Tatsächlich verlief die Hauptfläche 13 aber in einem um 7° von der (111)-Ebene abweichenden Winkel gegen eine (110)-Ebene, die eine Schmalfläche H .des Impfkristalls 12 umfasste. Die oben liegende Flache 15 des Impfkristalls 12 war längs einer (211)-Ebene abgeschnitten. Beim Ziehen des Bandes 11 aus einer Siliziumschmelze unter Verwendung des Impfkristalls ^entwickelte das Band 11 eine kristallographisch flache Oberfläche 16, die von einer(111)-Ebene gebildet wurde; wegen der Ungenauigkeit, mit der die Hauptfläche 13 des Impfkristalls geschnitten worden ist, entwickelte das Band 11 jedoch auch eine irreguläre Oberfläche 17» Wenn das Band. 11 aus der Schmelze herausgezogen wird, wird die irreguläre Oberfläche 17 immer weiter, und es entsteht so dne irreguläre Oberfläche, die für praktische Zwecke wertlos ist.Seed crystal 12 triggered- ·., Is .. from the main surface of the seed crystal 12 has been assumed to have been cut in the (m) plane, »actually proceeded the main surface 13 but at a 7 ° from the (111) plane deviating angle from a (110) plane which comprised a narrow surface H. of the seed crystal 12. The upper surface 15 of the seed crystal 12 was cut along a (211) plane. When pulling the tape 11 from a silicon melt using of the seed crystal ^ the band 11 developed a crystallographically flat surface 16 formed by a (111) plane; because of the inaccuracy, however, with which the major surface 13 of the seed crystal was cut, the ribbon 11 developed also an irregular surface 17 »If the band. 11 is pulled out of the melt, the irregular surface 17 becomes wider and wider, and so it is formed dne irregular surface used for practical purposes is worthless.

Nach Fig»2 können sich. Uniggelmässigkeiten in einer Hauptfläche 16 .einfis monokristallinen Bandes 11 auch während des Wachstums auch dann entwickeln, wenn das Band nicht längs seiner Längsachse gezogen wird. Insbesondere bildet sich eine irreguläre Oberfläche 18, wenn der in Fig.1 dargestellte Impfkristall 12 nicht längs seiner Längsachse, also längs einer um einige Gr-ade von der (211)-Eichtung abweisenden Achse gezogen wird. Das Abreissen der kristallographisch ebenen Hauptfläche 16, das auftritt, weil das Band 11 nicht längs seiner Längsachse gezogen wird, bildet einen keilförmigen Bereich 19» der eine (111)-Oberflache besitzt, Unter der (nach Fig.3) und an deren Seiten sich jedoch die unregelmassig geformte Oberfläche 18 befindet, dieAccording to FIG. 2,. Irregularities in one Main surface 16 .einfis monocrystalline band 11 also develop during growth even if the ribbon is not pulled along its longitudinal axis. In particular An irregular surface 18 is formed if the seed crystal 12 shown in FIG. 1 does not along its longitudinal axis, that is, along one by a few Degree drawn from the axis repelling (211) direction will. The tearing off of the crystallographically flat main surface 16, which occurs because the band 11 is not longitudinal its longitudinal axis is drawn, forms a wedge-shaped area 19 »which has a (111) surface, under the (according to Figure 3) and on the sides, however, is the irregularly shaped surface 18, the

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τοπ anderen Ebenen als von (11i)-Ebenen begrenzt ist.τοπ other levels than (11i) -planes is limited.

Auf diese Weise erzeugen sowohl 3?ehle"r beim Schneiden der Hauptfläche 13 des Impfkristalls 12 als auch ein falscher Winkel, mit dem der bandförmige Einknistall durch eine Pormführu.ng gezogen wird, Bänder mit unregelmässig geformten kristallographischen Hauptflächen," die, .wie bereits erwähnt wurde, für praktische Zwecke wertlos sind.In this way, when the main surface 13 of the seed crystal 12 is cut, 3? Rs also generate a Wrong angle with which the ribbon-shaped Einknistall is pulled through a Pormleitu.ng, ribbons with irregular shaped main crystallographic surfaces, "the, .as already mentioned, are worthless for practical purposes.

Solche oben erwähnten Schwierigkeiten können durch Anwendung der hier beschriebenen Erfindung vermieden werden. Dazu wird auf Fig.4 und Pig.5 Bezug genommen, in denen eine Aisführungsform einer nach der Erfindung aufgebauten Vorrichtung dargestellt ist, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeignet ist.Such difficulties mentioned above can be overcome by application the invention described here can be avoided. For this purpose, reference is made to Fig.4 and Pig.5, in which an Aisführungsform a device constructed according to the invention is shown, which is used to carry out the inventive Process is suitable.

Nach Pig.4 und 5 ist an einen von vorderen Ständern 22 und und einem hinteren Ständer 24 gehaltenen Befestigungsblock 21 eine 1-formige , nach oben ragendV Rahmenanordnung 25 drehbar befestigt. Die Rahmenanordnung 25 ist mit Hilfe von Stiften 26 und 27 drehbar mit dem Befestigungsblock 21 verbunden. Der Stift 26 führt dabei durch den Schenkel 28 der Rahmenanordnung 25 und durch die Lagerbüchse 29 des Befestigungsblocks 21, während der Stift 27 durch den Schenkel 31 der Rahmenanordnung und durch die Lagerbüchse 32 des Befestigungsblocks 21 führt. Der Befestigungsblock 21 trägt auch eine Plattformanordnung 33. Zwischen der Plattformanordnung 33 und einem Sockel 34 wird ein zylindrisches Quarzrohr 35 gehalten. Das Quarzrohr 35 ist in Pig.6 im einzelnen genauer dargestellt, auf die nun Bezug genommen wird.According to Pig.4 and 5 is on one of the front uprights 22 and and a rear post 24 held mounting block 21 a 1-shaped, upwardly V frame assembly 25 rotatably attached. The frame assembly 25 is rotatable with the mounting block 21 by means of pins 26 and 27 tied together. The pin 26 leads through the leg 28 of the frame assembly 25 and through the bearing bush 29 of the Fastening blocks 21, while the pin 27 through the leg 31 of the frame assembly and through the bearing bush 32 of the mounting block 21 leads. The mounting block 21 also carries a platform assembly 33. Between the Platform assembly 33 and a base 34, a cylindrical quartz tube 35 is held. The quartz tube 35 is in Pig. 6 shown in more detail, to which reference is now made.

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Nach Pig. 6 ist·'an der Innenwand des Quarzrohrs 35 ein Haltering 36 aus Quarz oder dergleichen befestigt. Der Haltering 36 trägt an seiner Oberseite eine Formführung 37, die vorzugsweise mit einem hitzebeständigen Material, beispielsweise mit einer Platinschicht 50, beschichtet ist. Über der Formführung 37 befindet sich ein'doppelwandiger ; Quarzkragen 38 sowie ein Quarzring 39, . derjdazudient, Hitze im Bereich der Forraführung 37 zurückzuhalten. Durch das obere Ende des Quarzrohrs 35ist ein an einer Welle 42 befestigter Impfkristall-Einspannkopf 41 geführt. Der Impfkristall-Einspannkopf 41 nimmt einen monokristallinen Impfkristall 43 auf, auf dem ein monokristallines Band 44 aufwächst. Das Band 44 lässt man durch Berührung des Impfkristalls43 mit der geschmolzenen Zone 45 der Siliziumstange 48 wachsen. Die Zone 45 wird mit Hilfe einer das Quarzrohr 35 umgebenden Hochfrequenzspule 47 in den geschmolzenen Zustand versetzt, unter der sich eine Fokussierspule 60 befindet. Mit Hilfe eines Zuführungsei,nspannkopfs 46, der durch einen herkömmlichen Antrieb im Sockel 34 iß/ vertikaler Richtung bewegt, werden kann, wird die Zone 45 gegen den Boden der Formführung 37 gehalten. Die Welle 42, die vertikal beweglich ist, damit der Kontakt des Impf- · kristalls 43 tnit der geschmolzenen Zone und das nachfolgende Ziehen des Bandes 44 aus der geschmolzenen Zone 45 ermöglicht wird, führt durch einen Balg 48 nach oben, der an einem Ende durch eine Kupplung 49 mit dem oberen Ende des Quarzrohrs und mit dem anderen Ende durch dne Kupplung 51 mit einem T-Träger 52 verbunden ist. Das obere Ende der Welle 42 ist über ein in einem Gehäuse 54 sitzendesGetriebe mit einem Wechselstrommotor 53 verbunden, das eine Drehung der Welle in oder gegen den Uhrzeigersinn mit beispielsweise zwei Umdrehungen pro Minute erlaubt. Die Welle42 kann durch Drehen einer Schraube 55 vertikal bewegt werden, die durch ein an der T-Schiene 52 befestigtes Schraubgetriebe 56 führt. Die Schraube 55 kann an einem Ende von einem Gleichstrommotor 57 *After Pig. 6 is on the inner wall of the quartz tube 35 Retaining ring 36 made of quartz or the like attached. Of the Retaining ring 36 carries a shape guide 37 on its upper side, which is preferably made of a heat-resistant material, for example with a platinum layer 50 is coated. Above the mold guide 37 there is a double-walled; Quartz collar 38 and a quartz ring 39,. who is a student Retain heat in the area of the shape guide 37. By the upper end of the quartz tube 35 is attached to a shaft 42 attached seed crystal clamping head 41 out. Of the Seed crystal chuck 41 picks up a monocrystalline seed crystal 43 on which a monocrystalline tape 44 grows up. The band 44 is left by touching the seed crystal 43 grow with the melted zone 45 of the silicon rod 48. The zone 45 becomes with the help of a quartz tube 35 surrounding high frequency coil 47 in the molten State under which a focusing coil 60 is located. With the help of a feed ring, clamping head 46, which eats through a conventional drive in the base 34 / can be moved in the vertical direction, the zone becomes 45 held against the bottom of the mold guide 37. The shaft 42, which is vertically movable so that the contact of the vaccine · crystal 43 tn with the molten zone and the following Pulling the tape 44 from the molten zone 45 is allowed, passes through a bellows 48 upward at one end by a coupling 49 to the upper end of the quartz tube and at the other end through the coupling 51 with one T-beam 52 is connected. The upper end of the shaft 42 is Via a transmission seated in a housing 54 with a AC motor 53 connected, the one rotation of the shaft clockwise or counterclockwise with, for example, two revolutions allowed per minute. The shaft42 can be rotated a screw 55 can be moved vertically by a the T-rail 52 attached helical gear 56 leads. The screw 55 can be connected to a DC motor 57 * at one end.

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über ein in einem Gehäuse 58 sitzendes Getriebe und eine Kupplung 58 angetrieben werden, die von einem Querträger 61 der Rahraenanordnung 25 gehalten werden. Die Schraube 55 kann auch von einem Gleichstrommotor 62 über ein in einem Gehäuse 63 sitzendes Getriebe und eine Kupplung -64 angetrieben werden, wobei das Getriebe im Gehäuse 63 so ausgelegt ist, dass es die Schraube 55 beispielsweise langsam in oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, während dasGetriebe im Gehäuse 57 so ausgelegt ist, dass es die Schraube 55 verhältnismässig schnell im oder gegen den Uhrzeigersinn dreht. ■are driven via a transmission seated in a housing 58 and a clutch 58, which are driven by a cross member 61 the rack assembly 25 are held. The screw 55 can also driven by a direct current motor 62 via a transmission seated in a housing 63 and a clutch -64 be, the gear in the housing 63 is designed so that it the screw 55, for example, slowly in or counterclockwise while the gear is in Housing 57 is designed so that it turns the screw 55 relatively quickly clockwise or counterclockwise turns. ■

Die Vertikalbewegung der T-Schiene 52 wird von zylindrischen Führungswellen 65 und 66 stabilisiert, die durch Büchsen 67 bzw. 68 führen, die in herkömmlicher Weise an der T-S_chiene 52 befestigt sind. Die oberen Enden der !Führungswellen 65 und 66 sind an der Querschiene 61 befestigt, und an den unteren Enden sind Stöpsel 69 bzw. 71 angebracht, die die nach unten gerichtete Bewegung der T-Schiene 52 begrenzen.The vertical movement of the T-rail 52 is stabilized by cylindrical guide shafts 65 and 66, which lead through bushings 67 and 68, respectively, which are attached to the TS _c hiene 52 in a conventional manner. The upper ends of the guide shafts 65 and 66 are attached to the cross rail 61, and plugs 69 and 71 are attached to the lower ends to limit the downward movement of the T-rail 52.

Eine relative Verdrehung der Rahmenanordnung 25 gegen den Befestigungsblock 21 wird durch Betätigung des Gleichstrommotors 72 bewirkt, der über ein Getriebe 73 zum Drehen der Spindel 74 im oder gegen den Uhrzeigersinn verwendet werden kann. Die· Spindel 74 greift in eine Gewinde in einem Bügel 75 ein, so dass eine Drehung der Spindel 74 eine Verdrehung der Rahmenanordnung 25 relativ zum Befestigungsblock 21 bewirkt. Die Spindel 74 ist über eine flexible Kupplung 77 an der Ausgangswelle 76 des Getriebes 73 befestigt, damit ein Pestsetzen der Spinobl 74 im Bügel 75 während der Kippbewegung der Rahmenanordnung 25 verhindert wird. Der Gleichstrommotor 72 und das Getriebe 73 sind über einen Sockel 78 an einer Plattform 79 befestigt, die ihrerseits' mit dem hinteren Ständer 24 in Verbindung steht.A relative rotation of the frame assembly 25 against the fastening block 21 is effected by actuating the direct current motor 72 which is driven by a gear 73 can be used to rotate the spindle 74 clockwise or counterclockwise. The spindle 74 engages in a thread in a bracket 75, so that a rotation of the spindle 74 a rotation of the frame assembly 25 relative to the mounting block 21 causes. The spindle 74 is attached to the output shaft 76 of the gearbox 73 via a flexible coupling 77, thus a plague of the Spinobl 74 in the bracket 75 during the tilting movement of the frame assembly 25 is prevented. The DC motor 72 and gearbox 73 are over a base 78 is attached to a platform 79 which in turn is connected to the rear post 24.

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Bei« B0trieb der Vorrichtung wird ein Impfkristall» bsispieleweise ein SLiziumkristall, dessen fiauptflachen parallel längs einer (11i)-Ebene , dessen Kanten parallel längs <11Ö)-Ebenen und dessen Enden in einer (211)-Riehtuhg geschnitten sind» in' dein Impfkristall-Einspannkopf 42 angebracht, in dem die Kupplungsanordnung 49 gelöst und die T-Schiene 52 durch Betätigung des relativ schnellen Gleichstrommotors 57 angehoben wird. Wenn der Gleichstrommotor 57 die OS-Schiene 52 anhebt, lösen sich die Welle 42 und der Impfkristall-Einspannkopf 41 von der Plattformanordnung 33t ^so dass das Anbringen des Impfkristalls 43 eriaöglicht wird* Die Drehrichtüng der Schraube 55 wird dann durch Umlegen des Getriebes 58 umgekehrt, damit sich die .!-Schiene 52 absenkt. Wenn die Welle 42, der Impfkristall-Einspannkopf 41 und der daran befestigte Impfkristall 43 in dts Quarzrohr 35 eintreten, wird die Kupplungsanordnung 49 wieder gasdicht auf dem Quarzrohr 35 befestigt. Der Impfkristall 43 wird bia auf einen kleinen Abstand über die Oberseite der Pormführung 37 gebracht, und der Gleichstrommotor 57 wird abgeschaltet. Durch die Torschubeinrichtung im Sockel 34 wird die Süiziumstange 48 nun angehoben,· bis sie dicht beim Boden der lOrmführung 37 liegt, worauf die Hochfrequenzspule" 47 zur Erzeugung einer geschmolzenen Zone 45 erregt wird. Der Zufuhreinspannkopf 46 wird dann so vorwärtsbewegt, dass sich die geschmolzene Zone 45 an den Boden der Pormführung 37 anlegt, una der Impfkristall 43 wird zur Berührung der geschmolzenen Zone 45 dadurch langsam abgesenkt, dass der Gleichstrommotor 62 betätigt wird, der über das Getriebe 63 und die Kupplung 64 dazu dient, die Schraube 55 relativ langsam zu drehen. Wenn der Impfkristall 43 die geschmolzene Zone 45 beführt hat, wird die Drehrichtung, der Schraube 55 umgekehrt, damit das monokristalline Band 44 aus der geschmolzenen Siliziumstange 48 gezogen wird. , When the device is driven, a seed crystal, for example a silicon crystal, the main surfaces of which are parallel along a (11i) plane, the edges of which are parallel along a (211) planes and the ends of which are cut in a (211) direction "into your seed crystal Clamping head 42 attached, in which the coupling arrangement 49 is released and the T-rail 52 is raised by actuating the relatively fast DC motor 57. When the DC motor 57 lifts the OS rail 52, the shaft 42 and the seed crystal chucking head 41 detach from the platform arrangement 33t ^so that the attachment of the seed crystal 43 is made possible. so that the.! - rail 52 lowers. When the shaft 42, the seed crystal clamping head 41 and the seed crystal 43 attached to it enter the quartz tube 35, the coupling arrangement 49 is again attached to the quartz tube 35 in a gas-tight manner. The seed crystal 43 is then brought a small distance above the top of the mold guide 37 and the DC motor 57 is turned off. The silicon rod 48 is now raised by the gate pusher in the base 34 until it lies close to the bottom of the pipe guide 37, whereupon the high-frequency coil 47 is excited to generate a molten zone 45 Zone 45 applies to the bottom of the Pormführung 37, and the seed crystal 43 is slowly lowered to touch the molten zone 45 by actuating the DC motor 62, which is used via the gear 63 and the clutch 64 to close the screw 55 relatively slowly When the seed crystal 43 has passed the molten zone 45, the direction of rotation of the screw 55 is reversed so that the monocrystalline ribbon 44 is pulled out of the molten silicon rod 48.,

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Sollte sich nun auf dem Band 44 eine solche unregelmässige Fläche zu entwickeln "beginnen, wie sie in Fig.1 als Fläche dargestellt ist, die zur Anzeige dient, dass der Impfkristall 43 nicht exakt geschnitten worden ist, dann könnte das Band 44 flurch Betätigung des Wechselstrommotors 53 um seine Längsachse gedreht werden, wobei die Drehrichtung durch Verwendung des Getriebes 54 gesteuert werden kann. Durch Prehen des Bandes 44 können die (111)-Ebenen auf den Rand des Formführungsschlitzes ausgerichtet werden, damit auf dem Band 44 eine kristallograpMsch ebene Oberfläche erzeugt wird.Zur Erläuterung weiterer Einzelheiten wird nun auf Fig.7 Bezug genommen. Der Formführungsschlitz 40 bildet in der oberen Fläche der Formführung 37 eine rechtwinklige Öffnung mit geraden Rändern, die dazu dienen, die Oberflächen des Bandes 44 zu beschreiben. Mit einem oben beschriebenen Impfkristall bewirkt eine Drehung der Welle 42 eine Drehung des Bandes 44 um seine gestrichelt dargestellte Längsachse 80 oder um seine (211 )-Richtung, so dass auf diese Weise die (11i)-Ebene des Bandes 44 des Formführungsschlitzes 40 ausgerichtet wird, damit am Band 44 eine kristallographisch ebene Hauptfläche erzeugt wird. Auf diese Weise kann die Hauptfläche des aus.Silizium bestehenden Bandes 44 durch Drehen des Bandes um.seine . zu den(111)*Ebenen parallele und zu den (211)-Ebenen senk-" rechte Längsachse auf den geraden Rand 91 ausgerichtet werden, damit eine kristallographisch ebene Oberfläche erzeugt wird.Should now be such an irregular Area to develop "begin, as shown in Fig.1 as area is shown, which serves to indicate that the seed crystal 43 has not been cut exactly, then that could Belt 44 can be rotated about its longitudinal axis by actuating the AC motor 53, the direction of rotation can be controlled by using the transmission 54. By prebending the tape 44, the (111) planes on the Edge of the shape guide slot are aligned so that on the belt 44 a crystallographically flat surface Reference is now made to FIG. 7 to explain further details. The shape guide slot 40 forms in the upper surface of the mold guide 37 a rectangular opening with straight edges which serve to to describe the surfaces of the belt 44. With a seed crystal as described above, the Shaft 42 a rotation of the belt 44 about its longitudinal axis 80 shown in dashed lines or about its (211) direction, so that in this way the (11i) -plane of the band 44 of the Shape guide slot 40 is aligned so that the belt 44 produces a crystallographically flat major surface will. In this way, the major surface of the silicon tape 44 can be turned over by turning the tape over . to the (111) * planes parallel and to the (211) planes lower " right longitudinal axis can be aligned with the straight edge 91, so that a crystallographically flat surface is produced.

Sollte sich auf der Hauptachse 81 des Bandes 44 eine solche Unstetigkeit wie sie in Fig.2 und 3 dargestellt ist, entwickeln, die anzeigt, dass der Kristall längs einer anderen Achse als seiner Längsachse gezogen wird,Should there be such a discontinuity as shown in FIGS. 2 and 3 on the main axis 81 of the belt 44 which indicates that the crystal is being pulled along an axis other than its long axis,

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•dann kann üas Band 44 dadurch um eine in Pig.7 feestrichelt dargestellte Achse 83 gedreht werden, dass der Gleichstrommotor 72 betätigt wird, der dazu dient, die Welle 42 bezüglich der Formführung 37 zu. kippen oder zu drehen. Die Drehrichtung des Bandes 44 kann durch das Getriebe 73 gesteuert werden, damit sichergestellt wird, dass das Band 44 längs seiner Längsachse zur Erzeugung einer kontinuierlichen kristallographisch flachen Oberfläche gezogen wird.'The belt 44 can then be rotated about an axis 83 shown in dashed lines in Pig . tilt or rotate. The direction of rotation of the belt 44 can be controlled by the gear box 73 to ensure that the belt 44 is drawn along its longitudinal axis to produce a continuous crystallographically flat surface.

Wenn das Band 44 aus der ,geschmolzenen' Zone 45 gezogen wird, wird der Zufuhreinspannkopf 46 so gesteuert, dass die geschmolzene Zone 45 in Kontakt mit der Unterseite der Forraführung 37 gehalten wird. Durch eine mit dem Inneren des Quarzrohrs 35 in Verbindung stehende Öffnung 84 im Sockel 34 wird dabei ein inertes Gas," beispielsweise Argon, eingeführt. Das Gas strömt durch das Quarzrohr 35 und die Manschette 48, ehe es durch die in der T-Schiene 52 angebrachte Öffnung 85 ausströmt, die mit dem Inneren der Manschette 48 in Verbindung steht.When the tape 44 is pulled out of the 'melted' zone 45 when the feed chuck 46 is controlled so that the molten zone 45 is in contact with the bottom the shape guide 37 is held. Through an opening communicating with the interior of the quartz tube 35 84 in the base 34 is an inert gas, "for example Argon. The gas flows through the quartz tube 35 and the cuff 48 before it passes through the in the T-rail 52 mounted opening 85 flows out, which is in communication with the interior of the cuff 48.

Wie oben bereits erwähnt'wurde, kann die (I1i)-Ebene, die die Hauptfläche 82.des Bandes 44 bilden soll, durch Drfehen des monokristallinen Bandes 44 um seine Längsachse auf den geraden Rand 91 des Formführungsschlitzes 40 ausgerichtet werden, damit sicherfeine kristallographisch ebene Oberfläche auf dem Band 44 erzeugt wird. Die Pormführung könnte zwar relativ zur Längsachse des Bandes 44 verdreht werden, doch wird bevorzugt das Band 44 und nicht die J?ormführung3 37 gedreht. Sollte sich in der Hauptfläche eine Unstetigkeit entwickeln, weil der Kristall mit einem von seiner Längsachse abweichenden Winkel gezogen wird, dann kann die H>iupt fläche 81 wieder in eine kristallographisch ebene Form zurückgeführt werden, indem das Band 44 um eine zweite Achse gedreht wird, die parallel zum geraden Rand de3 Schlitzes verläuft.As already mentioned above, the (I1i) plane, which is to form the main surface 82 of the band 44, can be aligned by twisting the monocrystalline band 44 about its longitudinal axis onto the straight edge 91 of the shape guide slot 40, so that it is definitely a fine crystallographic plane Surface on the belt 44 is generated. Although the shape guide could be rotated relative to the longitudinal axis of the band 44, it is preferred to rotate the band 44 and not the jam guide 37. Should a discontinuity develop in the main surface because the crystal is drawn at an angle that deviates from its longitudinal axis, then the main surface 81 can be returned to a crystallographically flat shape by rotating the band 44 about a second axis, which runs parallel to the straight edge of the 3 slot.

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Die zweite Drehachse liegt vorzugsweise nahe beim geraden Rand 91 des Fornführungsschlitzes 40 und nicht darüber oder darunter, damit eine optimale Steuerung der Zugrichtung verwirklicht werden kann.The second axis of rotation is preferably close to the straight edge 91 of the shape guide slot 40 and not above it or underneath, so that an optimal control of the direction of pull can be achieved.

Claims

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Claims

Patent, a ns.nrtlche

1. Process for the production of a monocrystalline silicon ribbon, wherein a molten mass of semiconductor material in the underside of a shape guide slot ra.it at least a straight edge is entered, the molten mass is in contact with a monofcrystalline silicon seed crystal is brought and the seed crystal is withdrawn to form a ribbon of monocrystalline silicon, thereby characterized that the ribbon-shaped crystal for alignment on its predetermined. ,, crystal logra phis before plane on the straight Edge of the Torra guide slit around its longitudinal axis in such a way that relative to the straight edge of the shape guide slot is twisted so that this crystallographic plane forms a face of the monocrystalline ribbon, and that the Tape is rotated in such a way, inter alia, an axis parallel to the straight edge that the tape is pulled along its Longitudinal axis takes place.

2. The method according to claim 1, characterized in that

the second axis close to the straight edge of the guide slot lies.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the preselected crystallographic plane is the (111) plane.

4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, with which an elongated monocrystalline Band made of silicon from a Pormführungssdiitz with at least a straight edge characterized by first means for rotating the monocrystalline ribbon about its longitudinal axis and second means for rotating the monocrystalline ribbon about a second axis which is parallel runs to a straight edge of the shape guide slot, see above that the tape is pulled along its longitudinal axis.

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5. Apparatus according to claim 4, characterized in that that -6 & e second axis close to the straight edge of the Continuation slot is located.

6. The method according to any one of claims 4 and 5, characterized in that the shape guide slot a has a right-angled upper edge.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the tape at its upper end is held by a clamping head and is movable with this in the vertical direction that the mold guide slot, from which the monocrystalline ribbon is drawn, opposite, upper one has straight edges suitable for forming flat, parallel surfaces on the belt, and that the first means for rotating the tape comprises a clamping head rotating device for rotating the Ribbon around its longitudinal axis to align a preselected crystallographic plane with one of the other opposite upper straight edges.

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the second device for rotating of the tape drive means for rotating the clamping head about one of the opposing ones upper straight edges of the shape guide slot has parallel axis, so that'das monocrystalline tape can be drawn along its longitudinal axis.

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