DE2649201A1

DE2649201A1 - Verfahren zum herstellen von einkristallinen halbleitermaterialbaendern durch senkrechtes ziehen aus einem schmelzfilm unter verwendung eines formgebungsteils

Info

Publication number: DE2649201A1
Application number: DE19762649201
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Rer Nat Keller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-05-11
Also published as: DE2649201C2; JPS5355486A

Description

Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleitermaterial-
bändern durch senkrechtes Ziehen aus einem Schmelzfilm unter Verwendung eines Formgebungsteiles.
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleitermaterialbändern durch senkrechtes Ziehen des schmelzflüssigen Halbleitermaterials mittels eines Keimkristalls aus einem Schmelzfilm des entsprechenden Halbleitermaterials, der sich auf der Oberfläche eines, eine Kapillare enthaltenden Formgebungsteils befindet, wobei die Kapillare mit der Vorratsschmelze verbunden ist.
Aus einem Aufsatz der Zeitschrift "Physica Status Solidi"Band 27, (1975), Seiten 231 bis 234, ist ein Verfahren zum Herstellen von Siliciumbändern von 0,5 mm Dicke durch Anwendung einer auf Kapillarwirkung beruhenden Kristallziehtechnik zu entnehmen, bei dem eine Graphitform verwendet wird, durch die eine Kapillare verläuft. Dieses Verfahren wird auch als "edge-defined, film-fed growth" - (EFG-)-Technologie bezeichnet. Es fuhrt jedoch bei der Herstellung von einkristallinen Siliciumbändern zu häufig auftretenden Kristallstörungen, wie Zwillingsbildungen und Versetzungen, und auch zu Kristallverunreinigungen in Form von Siliciumcarbideinschlüssen, weil die mit der Siliciumschmelze in Kontakt kommenden Graphitteile sich teilweise auflösen und den Kristallwachstumsprozeß stören.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung beseitigt diese Mängel und ist gegenüber dem bekannten Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzfilm aus der als Vorratsschmelze dienenden aufgeschmolzenen Kuppe eines Halbleiterkristallstabes über die Kapillare gebildet und mittels fokussierter Strahlung im geschmolzenen Zustand gehalten wird und daß ein Formgebungsteil verwendet wird, das aus zwei, im geringen Abstand angeordneten, die Kapillare bildenden Plättchen aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Schmelze und das gezogene Band besteht.
Dabei liegt es im Rahmen des Erfindungsgedankens, daß die Beheizung der Schmelze durch eine, die Schmelzkuppe ringförmig umschließende Induktionsheizspule durchgeführt wird und als fokussierte Strahlung zur Aufrechterhaltung des Schmelzfilms scharf gebündelte Elektronen- oder Laserstrahlen verwendet werden.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, als Keimkristall ein, in seinem Querschnitt dem Querschnitt des Formgebungsteils angepaßtes Halbleitermaterialband zu verwenden.
Der Abstand der die Kapillare bildenden Plättchen aus Halbleitermaterial wird gemäß einem Ausführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung auf maximal 0,2 mm eingestellt.
Anhand eines Ausführungsbeispiels und der Fig. 1 und 2 soll das erfindungsgemäße Verfahren im Folgenden noch näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 eine perspektivische Darstellung des Ziehverfahrens am Beispiel eines Siliciumbandes und Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1 in Pfeilrichtung II.
Der besseren Übersicht wegen sind der Rezipient und die Halterungen für Vorratsstabteil und Keimkristall in den Fig. nicht dargestellt.
Fig. 1 zeigt einen aus Silicium bestehenden zylindrisch geschliffenen, dünnen (Durchmesser 10 mm) Vorratsstabteil 1, der in langsame Rotation um seine Stabachse versett wird. Durch eine den Stab 1 ringförmig umschließende Induktionsheizspule 2 wird am unteren Ende des Stabteils 1 eine Schmelzkuppe 3 erzeugt,in welche zwei aus Silicium bestehende Plättchen 4, 14 so eingetaucht werden, daß durch ihren Abstand (0,2mm) eine Kapillare 5 entsteht. Durch diese, durch Elektronenstrahlenbeheizung aufrecht erhaltene Kapillare 5 fließt das schmelzflüssige Silicium nach unten und bildet zwischen der unteren Endoberfläche der Plättchen 4, 14 und dem Keimkristallband 7 einen Schmelzfilm 6 aus. In diesem Schmelzfilm 6 wird durch, in der Fig. 1 nicht dargestellte, scharf-gebündelte Elektronenstrahlung eine schmale Zone im geschmolzenen Zustand gehalten, aus welcher das Siliciumkristallband 7 nach unten abgezogen wird Die aus Silicium bestehenden Plättchen 4, 14 werden durch Haltestäbchen 8 und 18 gegenüber der aufgeschmolzenen Kuppe 3 des Vorratsstabteils 1 fixiert. Die die Kapillare 5 bildenden Siliciumplättchen 4, 14 sind an ihrer unteren Endoberfläche nach außen zu schwach konkav -ausgebildet, so daß durch die leicht vorspringenden Ränder 9 und 19 beim Ziehprozeß verhindert wird, daß durch die auftretende Oberflächenspannung die Schmelze und damit das gezogene Band nach innen gezogen wird.
Der Siliciumstab 1 wird in langsame Rotation (kleiner 20 Upm) um seine Stabachse versetzt und mit einer Geschwindigkeit nach unten nachgeschoben. Dabei bedeutet d = Dicke des gezogenen Siliciumbandes 7, D = Breite des gezogenen Siliciumbandes 7, s = Durchmesser des Vorratsstabes 1 und V3 = Ziehgeschwindigkeit, mit der das Band 7 aus der schmelzflüssigen Zone 6 gezogen wird.
Es ist aber ebenso möglich, das Kristallband nach oben wegzuziehen.
Zur Herstellung eines-0,5 mm dicken Siliciumbandes mit einer Breite von 3G mm wird dabei eine Ziehgeschwindigkeit von 50 mm/min.
eingestellt. Der Vorratsstabteil wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 9 mm/min. in Richtung Schmelze nachgeschoben.
In Fig. 2 sind gleiche Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 1.
Die Pfeile 10 markieren die zur Erzeugung der schmalen Schmelzzone gebundelte Elektronenstrahlung.
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, in Bezug auf Kristallqualität und Reinheit sehr gute Siliciumkristallbänder herzustellen, welche nach entsprechender Zerteilung ohne weitere Reinigungs- und Temperprozesse für die Fertigung von Solarzellen eingesetzt werden können.
2 Figuren 7 Patentansprüche

Claims

P a t entans s- r ü c h e 1.) Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleitermaterialbändern durch senkrechtes Ziehen des schmelzflüssigen Halbleitermaterials mittels eines Keimkristalls aus einem Schmelzfilm des entsprechenden Halbleitermaterials, der sich auf der Oberfläche eines, eine Kapillare enthaltenden Formgebungsteils befindet, wobei die Kapillare mit der Vorratsschmelze verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Schmelzfilm aus der als Vorratsschmelze dienenden, aufgeschmolzenen Kuppe eines Halbleiterkristallstabes über die Kapillare gebildet und mittels fokussierter Strahlung im geschmolzenen Zustand gehalten wird und daß ein Formgebungsteil verwendet wird, das aus zwei, im geringen Abstand angeordnete, die Kapillare bildende Plättchen aus dem gleichen Halbleitermaterial wie die Schmelze und das gezogene Band besteht.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Beheizung der Schmelze durch eine die Schmelzkuppe ringförmig umschließende Induktionsheizspule durchgeführt wird.
3.) Verfahren nach Anspruch 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß zur Erzeugung der schmelzflüssigen Kapillare und der Schmelzzone scharf-gebündelte Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen verwendet werden.
4.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Keimkristall ein, in seinem Querschnitt dem Querschnitt des Formgebungsteils angepaßtes einkristallines Halbleiterband verwendet wird.
5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der die aufgeschmolzene Kuppe enthaltende Halbleiterkristallstab in Rotation um seine Stabachse versetzt wird und mit einer Geschwindigkeit in Richtung der aufgeschmolzenen Kuppe bewegt wird, wobei d die Dicke des gezogenen Bandes, D seine Breite, S den Durch messer des Vorratsstabs und v3 die Ziehgeschwindigkeit bedeuten.
6.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Abstand der die Kapillare bildenden Plättchen auf maximal 0,2 mm eingestellt wird.
7.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Ziehgeschwindigkeit bei der Herstellung eines 0,5 mm dicken und 30 mm breiten Siliciumbandes auf einen ll51ert im Bereich von 20 - 100 mm/min. eingestellt wird.