DE2649201C2 - Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleitermaterialbändern durch senkrechtes Ziehen aus einem Schmelzfilm unter Verwendung eines Formgebungsteils - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleitermaterialbändern durch senkrechtes Ziehen aus einem Schmelzfilm unter Verwendung eines Formgebungsteils

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DE2649201C2
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Description

Vx
Ad-D-V3
δ1
in Richtung der Kuppe bewegten Stabes erschmolzen wird, wobei V3 die Ziehgeschwindigkeit und δ den Durchmesser des Stabes bedeuten, und daß der SchmefeSlm auf der Oberfläche des aus zwei, aus M dem HaJMeitermaterial bestehenden Plättchen gebildeten Formgebungsteils mittels fokussierter Strahlung im geschmolzenen Zustand gehalten wird
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizimg der Schmelze durch eine die Schmelzkuppe ringförmig umschließende Induktionsheizspule durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare und der Schmelzfilm mnit scharf-gebündelten Elektronenstrahlen oder Laserstrahlen bestrahlt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daö der Anstand der die Kapillare bildenden Plättchen auif maximal 0,2 mm eingestellt wird
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehgeschwindigkeit V3 bei der Herstellung eines 0,5 mm dicken und 30 mm breiten Siliciumbandes auf einen Wert im Bereich von 20 — 100 mm/min eingestellt wird
35
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines einkristallinen Halbleitermaterialbandes durch senkrechtes Ziehen mittels eines Keimkristalls vort einem Schmelzfilm auf der Oberfläche eines Formgebungsteiles, wobei der Schmelzfilm durch eine Kapillare in dem Formgebungsteil mit der so Vorratsschmelze in Verbindung steht.
Aus Inspec-DIN S. 4486 0321, Record of the 10th IEEE Photovoltaic Specialists Conference 1973 (published 1974), pages 197-199 ist bereits die EFG-Technik für die Herstellung einkristalliner Halbleitermaterialbinder bekannt.
Aus der DE-OS 20 08 410 ist es bekannt geworden beim Ziehen von einem Formgebungsteil die Schmelze statt aus einem Tiegel, von der Schmelzkuppe eines Stabes bereitzustellen, und aus der DE-OS 20 16 101 weiß man, daß der Stab mittels fokussierter Strahlung erschmolzen werden kann.
Ferner ist einem Aufsatz der Zeitschrift »Physics Status Solidi« Band 27, (1975), Seiten 231 bis 234, 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 führt 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 Süiciumschmelze in Kontakt kommenden Graphitteile sich teilweise auflösen und den Kristallwacttstumsprozeß stören.
Das Verfahren nach der Lehre der Erfindung beseitigt diese Mängel und ist gegenüber dem bekannten Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines Bandes der Dicke d und der Breite D die Vorratsschmelze an der Kuppe eines um seine Achse rotierenden, mit der Geschwindigkeit
v_AdDV3
η · Ir
in Richtung der Kuppe bewegten Stabes erschmolzen winL wobei V3 die Ziehgeschwindigkeit und δ den Durchmesser des Stabes bedeuten, und daß der Schmelzfilm auf der Oberfläche des aus zwei, aus dem Halbleitermaterial bestehenden Plättchen gebildeten Formgebungsteils mittels fokussierter Strahlung im geschmolzenen Zustand gehalten wird
Dabei liegt es fm Rahmen des Erfindungsgedankens, daß die Beheizung der Schmelze durch eine, die Schmelzkuppe ringförmig umschließende Induktionsheizspule durchgeführt wird und als fokussierte Strahlung zur Aufrechterhaltung des Schmelzfilnis 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 wird gemäß einem Aufführungsbeispiel nach der Lehre der Erfindung auf maximal 0,2 mm eingestellt Anhand eines Ausführungsbeispiels und der F i g. 1 und 2 soll das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden noch näher erläutert werden. Dabei zeigt die F i g. 1 eine perspektivische Darstellung des Ziehverfahrens am Beispiel eines Siliciumbandes und
F i g. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fi g. 1 in Pfeilrichtung II.
Der besseren Übersicht wegen sind der Rezipient und die Halterungen Tür Vorratsstabteil und Keimkristall in den Figuren nicht dargestellt.
F i g. 1 zeigt einen aus Silicium bestehenden zylindrisch geschliffenen, dünnen (Durchmesser 10 mm) Vorratsstabteil 1, der in langsame Rotation um seine Stabachse versetzt 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 schmelzfiüssige Silicium nach unten und bildet zwischen der unteren Endoberfläche der Plättchen 4, 14 und dem Keimkristallband 7 einen Schmelzfüm 6 aus. In diesem Schmelzfüm 6 wird durch, in der F i g. 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 Siliriumplättehen 4,14 sind an ihrer unteren Endoberfläche nach außen zu schwach konkav ausgebil- ·» det, 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 in 20Upm) um seine Stabachse versetzt und mit einer Geschwindigkeit
Ad -D
π ·
δ2
15
nach unten nachgeschoben. Dabei bedeutet
d = Dicke des gezogenen Siliciumbandes 7,
D «· Breite des gezogenen Siliciumbandes 7,
<5 = Durchmesser des Vorratsstabes 1 und
Ziehgeschwindigkeit, mit der das Band 7 aus der schmelzflussigen 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 30 mm wird dabei eine Ziehgeschwindigfceit von 50 mm/min, eingestellt. Der Vorratsstabteil wird mit einer Geschwindigkeit von ca. 9 mm/min, in Richtung Schmelze nachgeschoben.
In F i g. 2 sind gleiche Bezugszeichen verwendet wie in Fi g. 1. Die Pfeile 10 markieren die zur Erzeugung der schmalen Schmelzzone gebündelte Elektronenstrahlung.
Durch das Verfahren nach der Lehre der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, in Bezug auf Kristaliqualität und Reinheit sehr gute Siliciumkristallbänder herzustellen, welche nach entsprechender Zerteilung ohne weitere Reinigungs- und Temperprozesse für die Fertigung von Solarzellen eingesetzt werden können.
Kverzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche;
    L Verfahren zum Herstellen eines einkristallinen HalMeitermaterialbandes durch senkrechtes Sehen mittels eines Keimkristalls vor. einem Schmelzfilm auf der Oberfläche eines Formgebungsteiles, wobei der Schmelzfüm durch eine Kapillare in dem Formgebungsteil mit der Vorratsschmelze in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zum Herstellen eines Bandes der Dicke d und der Breite D die Vorratsschmelze an der Kuppe eines um seine Achse rotierenden, mit der Geschwindigkeit
DE2649201A 1976-10-28 1976-10-28 Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleitermaterialbändern durch senkrechtes Ziehen aus einem Schmelzfilm unter Verwendung eines Formgebungsteils Expired DE2649201C2 (de)

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