DE2604351A1 - Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen, bei dem eine halbleitermaterialschicht auf einem substrat angebracht wird, vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens und durch dieses verfahren hergestellte halbleiteranordnungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von halbleiteranordnungen, bei dem eine halbleitermaterialschicht auf einem substrat angebracht wird, vorrichtung zum durchfuehren dieses verfahrens und durch dieses verfahren hergestellte halbleiteranordnungen

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DE2604351A1 DE19762604351 DE2604351A DE2604351A1 DE 2604351 A1 DE2604351 A1 DE 2604351A1 DE 19762604351 DE19762604351 DE 19762604351 DE 2604351 A DE2604351 A DE 2604351A DE 2604351 A1 DE2604351 A1 DE 2604351A1
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Description

Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei dem eine Halbleitermaterialschicht auf einem Substrat angebracht wird, Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens und durch dieses Verfahren hergestellte Halbleiternanordnungen.
Die Erfindung bezieht sich anf ein Verfahren zur Herstellung von HaIbleiteranordnungen, bei dem eine Halbleitermaterialschicht auf einer Hauptoberfläche eines FeststoffSubstrats durch Erstarrung geschmolzenen Halbleitermaterials auf dieser Substratoberfläche angebracht wird. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens und auf durch dieses Verfahren hergestellte Halbleiteranordnungen .
Das bisher verwendete Halbleitermaterial war
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einkristallin und hatte im allgemeinen die Iform von aus Stäben ausgeschnittenen etwa kreisförmigen Scheiben, die durch senkrechtes Ziehen nach dem Czochralsky-Verfahren oder nach dem Zonenschmelzverfahren erhalten wurden. Tatsächlich beschränkt der hohe Selbstkostenpreis die Entwicklung aus diesem Material bestehender Anordnungen, insbesondere von Anordnungen, die in grossen Flächen, zur direkten Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie, verwendet werden sollen. Für diesen Zweck werden Einkristallsiliciumscheiben verwendet, aber es können für diesen Zweck auch andere Halbleiter vom III-V-Typ und II-VI-Typ, gegebenenfalls mit HeteroÜbergängen mit anderen Materialien, Anwendung finden.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass hohe Umwandlungsausbeute auch durch Anwendung polykristallinen Siliciums erhalten werden können. In der französischen Patentschrift Nr. I.343.740 sind Zellen beschrieben, die aus polykristallinem Silicium in Graphitbehältern sehr geringer Tiefe hergestellt werden. Die Abkühlung kann auf gledchmässige Weise in waagerechter Richtung erfolgen. Polykristallines Material kann auf diese ¥eise erhalten werden, das Korngrössen aufweist, die genügen, um aus diesem Material hergestellten Photodioden einen Umwandlungsgrad in der Grössenordnung von 6$> zu erteilen.
Die Erfindung bezweckt, die Herstellung von
Halbleitermaterialschichten grossen Flächeninhalts in einem gegebenenfalls etwa kontinuierlich durchgeführten Vorgang
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zu ermöglichen. Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbleiteranordnungen, bei dem eine Halbleitermaterialschicht auf einer Hauptoberfläche eines Feststoffsubstrate durch Erstarrung geschmolzenen Halbleitermaterials auf dieser Substratoberfläche angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine nahezu schwimmende flüssige Masse aus dem Halbleitermaterial auf einer annäherend waagerechten Oberfläche eines Feststoffträgers gebildet wird; dass diese flüssige Masse mit der genannten Hauptoberfläche des Feststoffsubstrats, auf der die Halbleitermaterialschicht angebracht werden soll, in Kontakt gebracht wird, wobei die.letztere Hauptoberfläche mit dem flüssigen Halbleitermaterial benetzt werden kann und das Feststoffsubstrat die Form eines Streifens aufweist, und dass der genannte Streifen in seiner Längsrichtung entlang der flüssigen Masse bewegt wird, derart, dass eine flüssige Schicht des Halbleitermaterials auf dem genannten Streifen gebildet und von diesem mitgeführt wird,, welche flüssige Schicht erstarrt wird. Es-wurde gefunden, dass das Verfahren nach der Erfindung mit Erfolg zur Herstellung von Siliciumschichten verwendet werden kann, die auf diese verhältnismässig einfache Weise in polykristalliner Form geeigneter Qualität zur Herstellung vim Sonnenzellen mit akzeptablen Umwandlungsausbeuten erhalten werden können, trotz der Anforderung, dass zum Erhalten flüssigen Siciliums auf eine Temperatur von mindestens 142O°C erhitzt werden muss,
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Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf die Anwendung von Silicium und kann grundsätzlich auch bei anderen Halbleitermaterialien, die geschmolzen werden können, wie Germanium und viele II-V-Zusammensetzungen verwendet werden.
Unter dem Ausdruck "nahe schwimmend" in bezug auf die flüssige Masse ist hier zu verstehen, dass die flüssige Masse nicht völlig lateral von festen ¥ä"nden eingeschlossen ist. Die flüssige Masse kann an der annäherend waagerechten Oberfläche auf der Unterseite des Trägers infolge von Haftkräften in Verbindung mit Kohäsionskräften hängen. In diesem Falle kontaktiert das Substrat die flüssige Masse an einer Stelle unterhalb der annäherend waagerechten Trägeroberflache. In diesem Falle besteht die Gefahr, dass wenigstens der grösste Teil des Volumens der geschmolzenen Masse sich von dem Träger ablöst und über das Substrat fliesst, wodurch der Kontakt zwischen der noch an der annäherend waagerechten Trägeroberfläche hängenden Masse und der mit der Halbleitermaterialschicht zu Überziehenden Substratoberfläche unterbrochen wird. Diese Gefahr wird wenigstens herabgesetzt; wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform die flüssige Halbleitermaterialmasse auf der Oberseite einer annäherend waagerechten die obere Fläche des Trägers bildenden Oberfläche angeordnet ist, wobei die flüssige Masse über diesen Träger hinausragt. Die Kontaktstelle zwischen der flüssigen Masse und dem Substrat zum Anbringen der Halbleitermaterial-
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schicht befindet sich dann oberhalb der annäherend waagerechten Trägeroberfläche oder wenigstens auf etwa dem gleichen Pegel vie die genannte Trägeroberflache.
Unter dem Ausdruck "annährend waagerecht" in bezug auf die Oberfläche des Trägers, auf der die Flüssige Masse angebracht wird, ist zu verstehen, dass, wenn von einer genau waagerechten Lage abgewichen wird, die flüssige Masse nicht von der genannten Oberfläche abfliessen oder abtropfen kann, und dass, wenn diese Oberfläche die obere Fläche des Trägers ist, die flüssige Masse zum grössten Teil abgeflossen wäre, wenn die einzigen auf die geschmolzene Masse einwirkenden Kräfte Schwerkräfte gewesen wären. Die geschmolzene Masse kann z.B. infolge durch Kohäsionskräfte herbeigeführter Oberflächenspannung an der Stelle gehalten werden.
Der Träger kann aus einem feuerfesten Material hoher Reinheit an der annährend waagerechten Oberfläche z.B. Siliciumoxid hoher Reinheit im Falle von Silicium bestehen.Geschmolzenes, vom Substrat aufgenommenes Halbleitermaterial kann dadurch ergänzt werden, dass flüssiges Halbleitermaterial durch einen oder mehrere Kapillarkanäle in der Trägeröffnung an der genannten annäherend waagerechten Oberfläche zugesetzt wird, wobei die genannten Kapillarkanäle flüssiges Halbleitermaterial aus einem Schmelzbad empfangen, das den Träger an einer anderen Stelle als die annähernd:!
waagerechte Oberfläche kontaktiert. Es ist jedoch
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auch möglich, die genannte flüssige Masse dadurch zu ergänzen, dass Halbleitermaterial in Pulverform zugesetzt wird.
Nach einer weiten bevorzugten Ausführungsform besteht der Feststoffträger aus den Halbleitermaterial in fester Form, Dies hat den Vorteil* dass das Material des Trägers die gleiche oder eine sogar höhere Reinheit als das Halbleitermaterial der flüssigen Masse selbst haben kann. Diese flüssige Masse kann anfänglich dadurch gebildet werden, dass ein Endteil des festen Materials des Trägers geschmolzen wird. Die flüssige Masse kann einen hängenden Tropfen bilden oder kann nach einer Weiterbildung nahezu auf der Oberseite des Trägers schwimmen. Geeignete Erhitzungsmittel können zur Bildung einer annährend waagerechten Flüssigkeit-Feststoffgrenzflache verwendet werden, die auch die annährend waagerechte Oberfläche des Trägers für die flüssige Halbleitermaterialmasse bildet. Bei einem aus dem Halbleitermaterial selber bestehenden Träger kann Ergänzung flüssigen durch das Substrat von der Masse entfernten Halbleitermaterials nach einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erhalten werden, dass allmählich das angrenzende Halbleitermaterial<des Trägers geschmolzen wird.
Grundsätzlich kann der Streifen entlang und in Berührung mit der flüssigen Masse auf der annährend waagerechten Trägeroberfläche in jeder beliebigen Richtung bewegt werden. Er kann an der Kontaktstelle mit der
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flüssigen Masse in waagerechter Richtung bewegt werden. Bei einer an dem unteren Ende des Trägers hängenden flüssigen Masse wird alsdann die Halbleiterschicht auf der oberen Fläche des streifenförmigen Substrats gebildet. Bei einer geschmolzenen Masse auf der Oberseite des Substrats wird alsdann die Halbleitermaterialschicht auf der unteren Fläche des streifenförmigen Substrats gebildet. Im ersteren Falle kann die zu dem Substrat beförderte Materialmenge ziemlich gross sein, derart, dass die Schicht ziemlich dick ist, und es können sich beim Ergänzen der flüssigen Masse auf der Trägeroberfläche Schwierigkeiten ergeben. Im letzteren Falle muss darauf geachtet werden, die Parameter derart einzustellen, dass keine ungleichmässige Dicken infolge der anfänglichen Bildung an der Substratoberfläche hängender Tropfen von der Erstarrung erhalten werden·
Grundsätzlich kann auch eine Abwärtsbewegung des streifenförmigen Substrats benutzt werden. Es muss jedoch dafür gesorgt werden., dass durfah die Substratoberfläche auf gleichmässige Weise geschmolzenes Halbleitermaterial aufgenommen wird, um örtliche Anhäufung von Halbleitermaterial, das über bereits erstarrtes Material abfliesst, zu vermeiden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das Substrat aufwärts bewegt. Auf diese Weise wird die Möglichkeit zum Erhalten ungleichmässiger Dicken herabgesetzt, weil jede etwaige augenblicklich vergrösserte
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vom Substrat aufgenommene Flüssigkeitsmenge zurückfliessen wird und entweder einer nächsten herabgesetzten Flüssigkeitsmenge, die in einem nächstfolgenden Augenblick aus der etwas verringerten Flüssigkeitsmenge auf der Trägeroberfläche aufgenommen wird, zugesetzt werden oder zu der genannten flüssigen Masse zurückfHessen kann.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zum Durchführen de3 Verfahrens nach der Erfindung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die einen geschlossenen Raum mit einem Einlass und einem Auslass zur Regelung der Gasatmosphäre in diesem Raum, Mittel zur senkrechten Anordnung eines longitudinalen Trägers für die nahezu schwimmende auf der Oberseite des genannten Trägers anzuordnende Flüssigkeitsmasse des Halbleitermaterials ,Mittel zum Fortbewegen eines streifenförmigen Substrats in seiner Längsrichtung in unmittelbarer Nähe des oberen Teiles des Trägers enthält, von dem die geschmolzene Halbleitermaterialmasse getragen wird, derart, dass das genannte streifenförmige Substrat mit der flüssigen Halbleitermaterialmasse in Kontakt ist.
Die Vorrichtung kann Mittel enthalten, mit deren Hilfe Halbleitermaterial in Pulverform der flüssigen Masse zugesetzt wird.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung Mittel, mit deren Hilfe der Träger für die flüssige Masse während der Bildung der Halbleitermaterialschicht auf der Substratoberfläche in senkrechter Richtung bewegt wird. Auf diese Weise kann das Halbleitermaterial
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für die geschmolzene Masse auf geeignete Weise in eine Lage in bezug auf die Erhitzungsmittel gebracht werden, in der die geschmolzene Masse gebildet und auf geeignete Weise mit der Substratoberfläche kontaktiert wird, Wenn das Substrat aus dem Halbleitermaterial besteht, kann dieser Träger in Richtung auf die flüssige Masse bewegt werden, um die genannte geschmolzene Masse zu ergänzen, wie oben bereits erwähnt wurde.
Der Träger kann im Rahmen der Erfindung viele verschiedene Formen aufweisen. Um verhMltnismässig breite Halbleiterschichten zu erhalten, ist es vorteilhaft, dass eine Kontaktstelle zwischen dem streifenförmigen Substrat und der geschmolzenen Masse vorhanden ist, die in einer zu der Bewegungsrichtung des Streifens an der Kontaktstelle mit der flüssigen Masse senkrechten Richtung verhältnistnässig gross ist. Für diesen Zweck wird nach einer bevorzugten Ausführungsform die annähernd■' waagerechte Oberfläche des Trägers für die flüssige Masse von einem geradlinigen Rand begrenzt, der sich etwa über die Länge der genannten annähernd waagerechten Oberfläche erstreckt, wobei der Streifen sich in geringer Entfernung vom genannten Rand fortbewegt. Der Träger kann dazu die Form eines Parallelepipedons aufweisen. Ein derartiges Parallelepipedon mit zwei parallelen gleich langen Rändern kann die Anwendung zweier je in der Nähe eines dieser parallelen Ränder angeordneter Substrate gestatten.
Um den Kontakt zwischen der flüssigen Masse und
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dem Träger auf die annährend waagerechte Oberfläche zu beschränken, insbesondere wenn diese flüssige Masse auf der Oberseite dieses Trägers angeordnet ist, wobei die Gefahr besteht, dass die Masse über einen Rand der annähernd waagerechten Oberfläche fliesst, ist es erwünscht, verhältnismässig scharfe Ränder am Umfang der annähernd waagerechten Oberfläche zu verwenden. Nach einer bevorzugten Ausfüitrungsform bilden Ränder der annähernd waagerechten Oberfläche des Körpers Ränder etwa senkrecht angeordneter Oberflächen des Trägers-Z.B. können alle an die annähernd waagerechte Trägeroberfläche grenzenden Oberflächen senkrecht angeordnet sein· Bei einem Träger aus dem Halbleitermaterial selbst ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass beim Ergänzen der flüssigen Masse durch Bewegung des Trägers in Richtung auf die genannte /flüssige Masse die Grosse und die Form der "Flüssigkeit-Feststoff-Grenzfläche und auch der flüssigen Masse selbst konstant gehalten werden können.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform wird Hochfrequenzinduktiönserhitzung zur Erhitzung der flüssigen Masse verwendet. Im Vergleich zur Erhitzung durch Strahlung in einem Ofen kann Hochfrequenzinduktionserhitzung besser auf ein gewünschtes Gebiet, z.B. auf etwa die flüssige Masse des Halbleitermaterials selbst, beschränkt werden. Auf diese ¥eise wird nicht nur die Gefahr einer Verunreinigung des Halbleitermaterials durch von anderen erhitzten Teilen herrührende Verunreinigungen
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herabgesetzt, sondern wird auch der an dem sich bewegenden Substrat haftende Flüssigkeitsfilm schneller erstarrt, Ausserdem kann das streifenförmige Substrat infolge seiner Form auf einer verhältnismässig niedrigen Temperatur gehalten werden, bevor es mit der flüssigen Masse in Kontakt kommt, wodurch die Gefahr einer Verunreinigung des Halbleitermaterials herabgesetzt wird. Weiter können im Hochfrequenzmagnetfeld Kräfte auf die flüssige Masse ausgeübt werden, die zusammen mit der Oberflächenspannung fördern, dass die genannte flüssige Masse auf der annährtidi' waagerechten Substratoberfläche in ihrer Lage gehalten wird,
Zürn Durchführen eines etwa kontinuierlichen Vorgangs unter Verwendung von Streifen grosser Länge sind diese Streifen vorzugsweise biegsam. Ein derartiger Streifen kann anfänglich auf eine Spule aufgewickelt worden sein, derart, dass er während des Vorgangs zum Anbringen der Halbleiterschicht abgewickelt werden kann. Im biegsamen Zustand kann er ausserdem besser entlang der flüssigen Masse geführt werden.
Es ist erforderlich, dass wenigstens die Hauptoberfläche des Streifens, auf dar die Halbleitermaterialschicht angebracht werden muss, mit dem flüssigen Halbleitermaterial benetzt werden kann. Der benetzbare Winkel ist vorzugsweise nicht grosser als 20°. In diesem Zusammenhang ist unter dem Ausruck "benetzbarer Winkel" in bezug auf eine bestimmte Oberfläche, die mit der genannten Flüssigkeit benetzt werden kann, hier der Winkel
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zwischen dem Meniskus der bestimmten Flüssigkeit und der bestimmten Oberfläche am "Übergang zwischen diesen beiden zu verstehen, wenn die genannte Oberfläche teilweise in senkrechter Lage in die genannte Flüssigkeit eingesetzt wird. Je grosser die Benetzbarkeit ist, je grosser ist der Aufstieg der Flüssigkeit entlang der Wand und je kleiner ist der benetzbare Winkel.
Es ist möglich, mehrere Materialien für den Streifen zu verwenden. Der Streifen kann aus einem isolierenden feuerfesten Material bestehen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann das elektrisch leitende feuerfeste Material als ein Material für den Streifen verwendet werden, Feuerfeste Metalle können als elektrisch leitendes Material für den Streifen verwendet werden. Metalle können in die Form biegsamer Folien gebracht werden. Ein anderes feuerfestes Material ist elementarer Kohlenstoff. Kohlenstoff in form von Graphit oder in amorpher FöUm kann eine geeignete Benetzbarkeit mit geschmolzenenem Silicium aufweisen und ist weiter elektrisch leitend. Er kann in Form eines Überzugs aus weniger benetzbarem Material verwendet werden. Das Substrat kann auch völlig aus Kohlenstoff bestehen,
Wenn das für den Streifen zu verwendende Material ziemlich hart und spröde ist, derart, dass es sich schwer als das Haupimaterial des Streifens in kompakter Fo*»tn verwenden lässt, können solche Materialien, wie Kohlenstoff oder keramische Materialien, in Faserform angewendet werden, um einen biegsamen Streifen
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zu erhalten. Kohlenstoff ist z.B. in Faserform, wie Graphitfilz und Kohlenstoffgewebe, verfügbar. Ein solcher faseriger Kohlenstoff kann auf bekannte Weise durch Verkohlung von Fasern aus organischen Materialien erhalten werden.
Wenn der Streifen aus elektrisch leitendem
Material besteht, kann er nachher als elektrischer Kontakt für die Halbleiteranordnungen verwendet werden, die danach aus der erhaltenen Halbleitermaterialschicht hergestellt werden.
An der Kontaktstelle mit der flüssigen Halbleitermaterialmasse auf der annähernd waagerechten Oberfläche des Trägers kann der als Substrat für die zu bildende Halbleitermaterialschicht dienende Streifen in senkrechter Lage angeordnet und vorzugsweise aufwärts bewegt werden. Um einen Kontakt zwischen der flüssigen Masse und dem Streifen herzustellen, kann die flüssige Masse in einer derartigen Menge verwendet werden, dass sie afhänglich bereits seitlich aus dem Rand der annähernd waagerechten Substratoberfläche hervorragt. Auch kann der Streifen zu der flüssigen Masse hin bewegt werden, um einen Kontakt mit ihr herzustellen. wb&ei, wenn der Streifen in seine Anfangslage frei von dem Träger zurückversetzt wird, die flüssige Masse durch Haftung an der Substratoberfläche verformt wird, derart, dass der Kontakt aufrechterhalten wird.
Weiter wurde gefunden, dass die Dicke der Halbleitermaterialschicht, die auf dem Substrat gebildet ist,
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nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dadurch geregelt werden kann, dass dem Streifen eine geeignete Neigung an der Kontakstelle mit der flüssigen Masse gegeben wird. Zu diesem Zweck enthält die Vorrichtung nach der Erfindung Mittel zur Einstellung der Neigung des streifenformigen Substrats an der betreffenden Stelle,
Die Erfindung wird nachstehend im Detail an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum
Durchführen einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens unter Verwendung zweier beweglicher Substrate,
Fig. 2 eine isometrische Projektion in vergrössertem Massstab eines Teiles mit einem Träger in Form eines polykristallinen Körpers zwischen zwei beweglichen Substraten und einer Hochfrequenzspule, und
Fig. 3 eine andere Vorrichtung zum Durchführen einer anderen Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen geschlossenen Raum 1 mit Metallwänden und mit mindestens einem Einlass und einem Auslass 2 bzw. 3» woduch'eine inerte Atmosphäre gebildet werden kann. Senkrecht in der Mitte befindet sich ein Körper h aus polykristallinem Silicium, der einen Träger für eine flüssige Masse 5 aus geschmolzenem Silicium bildet, die am oberen Ende 6 des Trägers k mit Hilfe von Erhitzungsmitteln erhalten wird, die z.B. durch eine Hochfrequenzspule 7 gebildet werden. Der Träger k
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wird am Ende eines senkrechten Stabes 8 gehaltert, der durch eine Öffnung 9 in den Raum 1 eintritt. Zu beiden Seiten des Trägers h liegen Substrate in Form von Streifen 10 und 11, die zu dem Träger h symmetrisch sind. Die Streifen 10 und 11, die von Führungsmitteln gehaltert werden, treten durch Offnungen 13 bzw. 14 in den Raum 1 ein und treten durch Offnungen 15 bzw. 16 aus dem oberen Teil des Raumes 1 heraus.
Die genannten Streifen 10 und 11 werden in
Richtung der Pfeile F durch nicht dargestellte Antriebsmittel bewegt.
Fig. 2 zeigt den polykristallinen Siliciumkörper k, der den Träger für die flüssige Masse 5 bildet, die durch Erhitzung mittels der Hochfrequenzspule 7 erhalten wird. Zu beiden Seiten des Trägers h liegen Streifen 10 und 11, die zu dem Träger 4 symmetrisch sind. Die Streifen 10 und 11 werden von nicht in der Figur dargestellten Antriebsmxtteln in Richtung der Pfeile F bewegt.
Das Verfahren" wird auf folgende Weise durchgeführt. Das obere Ende 6 des Siliciumkörpers 4 wird derart ■> erhitzt, dass die flüssige Masse 5 aus geschmolzenem Silicium auf einer annähernd waagerechten Feststoff-Flüssigkeit-Grenzfläche gebildet wird, die die obere Fläche des Trägers bildet. Der Träger kann aus reinem Silicium bestehen, das gegebenenfalls auf geeignete Weise dotiert wird.
1 . Infolge der unmittelbaren Nähe der Streifen 10
und 11 aus einem mit Silicium benetzbaren Material, im
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vorliegenden Falle aus Kohlenstofffaser, benetzt das Silicium der Zone 5 die Streifen. Die Streifen werden aufwärts in Richtung des Pfeiles F bewegt.
Das von den Substratstreifen 10 und 11 festgehaltene flüssige Silicium wird durch die gleichmässige Bewegung in Richtung der Pfeile F der Träger 10 und 11 getrieben und kristallisiert in Form von Schichten 17 bzw. 18, je nachdem das Silicium von den Erhitzungsmitteln 7 ab bewegt wird.
Auf diese Weise werden ununterbrochene Siliciumschichten auf dem Träger gebildet und ausserhalb des Metallraumes 1 gesammelt.
Durch dieses Verfahren werden Siliciumstreifen mit einer Dicke in der Grössenordnung von etwa 60 Aim, einer Breiten von"2 cm und einer Länge von mehreren Zentimetern auf einem Träger erhalten, der aus faserigem Kohlenstoff besteht und mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/min angetrieben wird. Das· Material war polykristallin mit lateralen Korngrössen in der Grössenordnung von 300 /um. Die mittlere Kristallorientation war (211) Ai der Bewegungsrichtung des Streifens und (Hl) in der Ebene Schicht.
Fig. 3,zeii?t einen Raum 21 mit mindestens einem Einlass und einem Auslass 22 bzw. 23, wodurch eine inerte Atmosphäre gebildet werden kann. Ein Träger Zh aus einem Körper aus polykristallinem Silicium wird senkrecht in der Mitte des Raumes angeordnet, wobei eine geschmolzene Zone 25 am oberen Ende 26 des Stabes 2k
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durch Hochfrequenzinduktion mittels einer Hochfrequenzpulse 27 gebildet wird. Der Träger 2k wird am Ende eines senkrechten Stabes 28 gehaltert, der durch eine Öffnung
29 in den Raum 21 eingeführt wird. Zu beiden Seiten des Trägers 2k liegen Substrate in Form von Streifen
30 und 31. die von Führungsmitteln 32 gehaltert werden; diese Streifen 30. 31 treten durch Offnungen 33 bzw. 3h in den Raum 21 ein und aus dem oberen Teil des Raumes durch die öffnung 35 heraus, die in diesem Falle gemeinsam ist, weil sich die beiden Träger nähern. Geeignete Mittel können zum Erhalten einer gewünschten Neigung der genannten Streifen verwendet werden, die ersetzbare Führungen 36 und 37 enthalten, die auch eine Einstellung der genannten Neigung während der Bildung der Schicht gestatten. Die Streifen 30, 31 werden in Richtung der Pfeile Ff von in Fig. 3 nicht dargestellten Antriebsmitteln bewegt.
Je nachdem die Neigung eines Streifens an der Kontaktstelle mit der flüssigen Masse aus geschmolzenem Silicium weiter von einer senkrechten Richtung abweicht, ist die erhaltene Siliciumschicht auf dem Substrat dicker.
Es wurden Versuche durchgeführt, bei denen der Neigungswinkel des streifenförmigen Substrats zu der senkrechten Richtung um etwa 10° vergrössert wurde, wobei die Dicke der Siliciumschicht auf einem geeigneten Träger , z.B. aus Graphit, das sehr gut benetzbar ist, von 10 /um auf i60/um vergrössert wurde.
Diese Ergebnisse werden nur beispielsweise
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PHF -18- 3-2-1976.
gegeben und die Erfindung beschränkt sich, keineswegs darauf.
Die so erhaltenen Schichten können weiter auf bekannte Weise für die Herstellung von Sonnenzellen mit HaIbleiteranOrdnungen aus polykristallinem Silicium oder anderen HaIbleiteranordnungen, wie Gleichrichtern, bearbeitet werden. Versuche wurden mit normalen zylindrischen Stäben durchgeführt, aber es leuchtet ein, dass breitere Schichten mit Siliciumträgern in Form eines Parallelepipedons erhalten werden können, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Auch können normalerweise vorhandene zylindrische nach dem Zonenschmelzverfahren gereinigte Stäbe aus polykristallinem Silicium in der Längsrichtung in zwei Stücke gesägt werden, wobei jede Stück als Träger (Sockelj) für eine geschmolzene Siliciummasse auf seiner Oberseite verwendet wird, während sich der Substratstreifen in der Nähe des infolge des Sägevorgangs gebildeten geraden-: Randes bewegt.
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Claims (25)

  1. PHF.7551h C -19- . 3-2-1976
    PATENTANSPRÜCHE;
    1 . ; Verfahren zur Herstellung von Halbleiteran-Ordnungen, bei dem eine Halbleitermaterialschicht auf einer Hauptoberflache eines FeststoffSubstrats durch Erstarrung geschmolzenen Halbleitermaterials auf dieser Substratoberfläche angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine nahezu schwimmende flüssige Masse des Halbleitermaterials auf einer annähernd waagerechten Oberfläche des Feststoffträgers gebildet wird; dass diese flüssige Masse mit der genannten Hauptoberfläche des FeststoffSubstrats, auf der die Halbleitermaterialschicht angebracht werden soll,in Kontakt gebracht vird, wobei die letztere Hauptoberflache mit dem flüssigen Halbleitermaterial benetzt werden kann und das Feststoffsubstrat die Form eines Streifens aufweist, und dass der genannte Streifen in seiner Längsrichtung entlang der flüssigen Masse bewegt wird, derart, dass eine flüssige Schicht des Halbleitermaterials auf dem genannten Streifen gebildet und von diesem mitgeführt wird, welche flüssige Schicht erstarrt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet',· dass das Halbleitermaterial Silicium ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die annähernd waagerechte Oberfläche des FeststoffSubstrats die obere Fläche dieses Substrats is.t, wobei die flüssige Halbleitermaterialmasse über
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    PHF.7551h c
    -20- 3-2-1976
    diesen Feststoffträger hinausragt.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoffträger aus dem Halbleitermaterial in fester Form besteht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass während, der Bildung der Schicht Halbleitermaterial dadurch der flüssigen Masse zugegeben wird, dass allmählich an der flüssigen Masse grenzendes Halbleitermaterial des Trägers geschmolzen wird.
  6. 6» Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Streifen eine Aufwärtsbewegung an der Kontaktstelle mit der geschmolzenen Masse auf der Trägeroberfläche erteilt wird.
  7. 7« Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein biegsamer Streifen ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der benetzbare ¥inkel des Materials der Substratoberfläche in bezug auf das flüssige Halbleitermaterial höchstens 20° beträgt.
  9. 9» Verfahren nacheeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein isolierendes feuerfestes Material als Material für den Streifen verwendet wird.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch leitendes
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    PHF.7551 -21- 3-2-1976
    feuerfestes Material als Material für den Streifen verwendet wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein metallisches feuerfestes Material für den Streifen verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Halbleitermaterial aus Silicium besteht, dadurch gekennzeichnet, dass elementarer Kohlenstoff als Material für den Streifen verwendet wird.
  13. 13· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Streifens faserig ist.
  14. 14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die annähernd waagerechte Oberfläche des Trägers der flüssigen Masse von einem geradlinigen Rand etwa gemäss der Länge der genannten annähernd waagerechten Oberfläche begrenzt wird, wobei sich der Streifen dicht am genannten Rand vorbeibewegt.
  15. 15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger die Form eines Parallelepxpedons aufweist.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ränder der annähernd waagerechten Oberfläche des Körpers Ränder etwa senkrecht angeordneter Oberflächen des Trägers bilden.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis h und
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    PHF. 7551 -2?.- 3-2-1976
    6 bis l6, dadurch, gekennzeichnet, dass während der Bildung der Halbleitermaterialschicht die flüssige Halbleitermaterialmasse dadurch ergänzt "wird, dass Halbleitermaterial in Pulverform der genannten Masse zugesetzt wird.
  18. 18. Verfahren nach, einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Halbleitermaterialmasse durch Hochfrequenzinduktion erhitzt wird.
  19. 19· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontaktstelle zwischen der flüssigen Halbleitermaterialmasse und der Hauptoberfläche des Streifens die genannte Hauptoberfläche in bezug auf die annähernd waagerechte Oberfläche des Trägers eine geneigte Lage einnimmt.
  20. 20. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen geschlossenen Raum mit einem Einlass und einem Auslass zur Regelung der Gasatmosphäre in diesem Raum, Mittel zur senkrechten Anordnung eines longitudinalen Trägers für die nahezu schwimmende flüssige auf der Oberseite dieses Trägers anzubringende Halbleitern materialmasse, Erhitzungsmittel zur Erhitzung der flüssigen Halbleitermaterialmasse und Mittel zur Fortbewegung eines streifenfSrmigen Substrats in seiner Längsrichtung dicht entlang des oberen Teiles des die Masse geschmolzenen Halbleitermaterials tragenden Substrats enthält, derart, dass das genannte streifenförmige Substrat mit der flüssigen
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    PHF. -23-
    Halbleitermaterialmasse in Kontakt steht.
  21. 21 . Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel enthält, durch die Halbleitermaterial in Pulverform der flüssigen Masse zugesetzt wird.: ''■'..
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe der Träger für die flüssige Masse während der Bildung der Halbleitermaterialschicht auf der Substratoberfläche in senkrechter Richtung bewegt wird.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Einstellung der Neigung des streifenförmigen Substrats an der Kontaktstelle mit der flüssigen Halbleitermaterialmasse enthält.
  24. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zur Fortbewegung mehr als eines Streifens entlang der flüssigen Halbleitern materialmasse enthält.
  25. 25. Halbleiteranordnung mit einer Halbleitermaterialschicht, die durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 hergestellt ist.
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    Leerseite
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