DE3608889A1 - Verfahren zum herstellen von einkristallinen halbleiterstaeben mit polygonaler querschnittsform - Google Patents
Verfahren zum herstellen von einkristallinen halbleiterstaeben mit polygonaler querschnittsformInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Her
stellen von einkristallinen Halbleiterstäben mit polygonaler
Querschnittsform und den Merkmalen:
- a) ein Impfkristall wird mit einer beim Wachsen des Halbleiterstabes die polygonale Querschnittsform unter stützenden Orientierung in eine Schmelze getaucht;
- b) der Impfkristall rotiert um seine Achse;
- c) der Impfkristall wird stetig aus der Schmelze gezogen;
- d) ein Kühlsystem prägt mindestens der Schmelzenoberfläche eine Temperaturverteilung auf, die der Symmetrie des zu ziehenden Halbleiterstabes entspricht und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Um eine optimale Flächenausnutzung bei Sonnenkollektoren zu
erzielen, werden Solarzellen mit polygonaler, z. B. drei
eckiger oder viereckiger Form hergestellt. Im Vergleich zu
Sonnenkollektoren mit kreisförmigen Solarzellen erreicht man
mit polygonalen Solarzellen eine bis zu 21,5% größere
Packungsdichte und damit auch einen größeren Wirkungsgrad
des Sonnenkollektors pro mit Licht bestrahlter Flächenein
heit. Die Herstellung solch polygonaler Solarzellen kann
z. B. dadurch erfolgen, polykristalline quaderförmige
Siliciumblöcke zu "gießen" (Electronics, Oct. 26, 1978,
S. 69 f.) und anschließend zu zersägen. Der Wirkungsgrad
polykristalliner Solarzellen liegt jedoch deutlich - ca.
20% - unter dem von einkristallinen Solarzellen. Eine
Möglichkeit polygonale einkristalline Solarzellen zu produ
zieren, besteht z.B. darin, daß einkristalline zylindrische
Silicium-Halbleiterstäbe in kreisförmige Siliciumscheiben
zersägt werden und anschließend entsprechend der gewünschten
polygonalen Form beschnitten werden. Der Verlust an teurem
einkristallinem Halbleitermaterial ist dabei beträchtlich.
Damit ist dieses Herstellungsverfahren teuer und unpraktisch.
Einkristalline Silicium-Halbleiterstäbe mit annähernd qua
dratischer Querschnittsform nach dem Tiegelziehverfahren
herzustellen, ist z. B. in Electronics, Oct. 11, 1979, S. 43,
beschrieben. Bei diesem Verfahren wird versucht, auf der
Schmelzenoberfläche eine Temperaturverteilung zu erlangen,
die "quadratisch" ist. Das heißt, daß die Isothermen auf der
Schmelzenoberfläche "quadratisch" verlaufen. Um solch eine
Temperaturverteilung zu erreichen, dient ein im Viereck
angeordnetes Kühlsystem, das der Schmelzenoberfläche die
quadratische Temperaturverteilung aufprägt. Der aus der
Schmelze gezogene Siliciumstab wird durch diese Temperatur
verteilung angeregt, in quadratischer Querschnittsform zu
erstarren. Unterstützt wird dieses Erstarren in quadratischer
Querschnittsform zusätzlich dadurch, daß der Siliciumstab
mit (100)-Orientierung wächst. Das Kühlsystem berührt
den wachsenden Siliciumstab nicht. Abweichend vom
üblichen Tiegelziehen zylindrischer Halbleiterstäbe wird der
Siliciumstab ruckartig um jeweils 90° gedreht. Für ca. 15
Sekunden verharrt der Halbleiterstab parallel zu dem Kühl
system. Danach wird innerhalb von 2 Sekunden der Silicium
stab um 90° weitergedreht. Beim Standardtiegelziehverfahren
wird dagegen der Siliciumstab stetig aus der Schmelze
gezogen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein anderes Ver
fahren zu entwickeln, einkristalline Halbleiterstäbe mit
polygonaler Querschnittsform zu ziehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der
Impfkristall gleichmäßig rotiert und daß das Kühlsystem mit
dem Impfkristall gleichsinnig und gleichschnell wie dieser
rotiert.
Um das Wachsen des Halbleiterstabes mit polygonaler
Querschnittsform zu unterstützen, ist es vorgesehen, den
Impfkristall beim Eintauchen in die Schmelze und beim Ziehen
stets so ausgerichtet zu halten, daß der Halbleiterstab ent
sprechend seiner der polygonalen Querschnittsform unter
stützenden Orientierung wächst. Das heißt, daß bei Halb
leiterstäben mit quadratischer Querschnittsform der Impf
kristall mit seiner (100)-Fläche senkrecht zur Ziehachse
des zu ziehenden Halbleiterstabes ausgerichtet ist und bei
dreieckiger Querschnittsform mit seiner (111)-Fläche.
Einkristalle wachsen bevorzugt in Richtung der größten
Unterkühlung. Wird mindestens der Schmelzenoberfläche beim
Tiegelziehverfahren eine geeignete Temperaturverteilung auf
geprägt, so führt dies zu einem von der üblichen Zylinder
form abweichendem Kristallwachstum. Dies kann z.B. dadurch
geschehen, daß ein Kühlsystem mindestens die Schmelzenober
fläche in radialer Verlängerung zu den Wachstumslinien des
zu ziehenden Halbleiterstabes um wenige Grad unterkühlt.
Die Kühlung kann entweder über Wärmeleitung oder durch Gas-
oder Flüssigkeitszwangskühlung durchgeführt werden. Weiter
hin ist es möglich, die Kühlung mindestens teilweise aus
einem zu verzehrenden Material zu bilden, um die Schmelze
gleichzeitig zu dotieren (z.B. Silicium vorlegiert mit Bor).
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens
ist unter Verwendung eines Standard-Czochralski-Aufbaus
gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 6 gekenn
zeichnet durch ein vertikal verstellbares und drehbar an
geordnetes Kühlsystem.
Das Verfahren und die Vorrichtung wird anhand eines Aus
führungsbeispieles in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Tiegelziehen von einkristallinen
Halbleiterstäben mit viereckiger Querschnittsform
mit einem Standard-Czochralski-Aufbau samt Kühl
system mit bereits z. T. gezogenen Halbleiterstab,
Fig. 2 den Schnitt II-II von Fig. 1 mit viereckig ange
ordneten vertikalen Kühlrohren und
Fig. 3 den Schnitt gemäß Fig. 2 bei einer Vorrichtung ähnlich
Fig. 1, wenn ein Halbleiterstab mit dreieckiger
Querschnittsform gezogen wird und das Kühlsystem in
Dreiecksform angeordnet ist.
Die Vorrichtung in Fig. 1 besteht aus einem Standard-
Czochralski-Aufbau mit zusätzlichem Kühlsystem. Innerhalb
eines Rezipienten 6 ist ein Schmelztiegel 2 auf einer Hebe-
und Drehvorrichtung 12 montiert. Das Innere des Schmelz
tiegels 2 ist mindestens teilweise mit einer Silicium-
Schmelze 1 gefüllt, die z. B. durch die stromdurchflossene
Heizwendel 5 induktiv erhitzt wird. In einer Impflings
halterung 4 ist ein einkristalliner Silicium-Impfkristall 3
mit seiner (100)-Fläche senkrecht zur Drehachse ausge
richtet. Die Impflingshalterung 4 ist drehbar und vertikal
verschiebbar angeordnet. Symmetrisch zur Achse sind vier
vertikal angeordnete Kühlrohre 9 so montiert, daß diese teil
weise in die Schmelze 1 getaucht sind und durch eine Halte
vorrichtung 10 drehbar gelagert sind. Die Kühlrohre sind
derart drehbar gehaltert, daß diese gleichsinnig mit dem Impf
kristall 3 und gleichschnell wie der Impfkristall rotieren
können. Die Kühlrohre sind zusätzlich so angeordnet, daß
diese die [0]-, [01]-, [011]- und [01]-Richtungen des
ausgerichteten Impfkristalls 3 schneiden. In Fig. 1 ist
bereits ein mit dieser Vorrichtung zum Teil gezogener
Siliciumstab 8 dargestellt, der auf den Impfkristall 3
aufgewachsen ist. Kühlsystem und gezogener Halbleiterstab 8
berühren sich nicht. Die Kühlrohre 9 können mit
Kühlbohrungen 13 versehen sein, die mit Kühlmedium
durchflossen werden. Durch die Öffnung 11 kann das
Kühlmedium den Kühlrohren 9 zugeführt werden.
In Fig. 2 ist der Schnitt II-II entsprechend Fig. 1 darge
stellt. Durch die Kühlbohrungen 13 der Kühlrohre 9 kann
das Kühlmedium ab- bzw. zufließen. Die Darstellung in
Fig. 2 zeigt den mindestens annähernd quadratischen Quer
schnitt des gezogenen Siliciumstabes 8 aus der Schmelze 1.
In der Darstellung in Fig. 2 sind zusätzlich die Kristall
richtungen des wachsenden Siliciumstabes und die ent
sprechend dazu angeordneten Kühlrohre eingezeichnet.
Fig. 3 verdeutlicht die Anordnung der Kühlrohre 9 bei einem
gezogenen Siliciumstab 8 mit dreieckiger Querschnittsform.
Zur Unterstützung des Wachstums mit dreieckiger Querschnitts
form des Siliciumsstabes 8 ist der Impfkristall 3 mit seiner
(111)-Fläche senkrecht zur Drehachse ausgerichtet. Die
Kühlrohre 9 sind entsprechend den [11]-, [11]- und [11]-
Richtungen senkrecht angeordnet.
Durch die Ausgestaltung der Kühlrohre 9 mit Kühlbohrungen
13 die vom Kühlmedium durchflossen werden, ist es
in einfacher Weise möglich, die Temperatur der Kühlrohre
9 auf einen gewünschten Wert zu regeln, um so eine
definierte und örtlich begrenzte Unterkühlung mindestens an
der Schmelzenoberfläche einstellen zu können.
Dadurch wird das Wachstum des Siliciumstabes 8 und dessen
Ausdehnung in radialer Richtung entsprechend der
Unterkühlung gefördert.
Claims (7)
1. Verfahren zum Herstellen von einkristallinen Halbleiter
stäben mit polygonaler Querschnittsform und den Merkmalen:
- a) ein Impfkristall (3) wird mit einer beim Wachsen des Halbleiterstabes (8) die polygonale Querschnittsform unterstützenden Orientierung in eine Schmelze (1) ge taucht;
- b) der Impfkristall (3) rotiert um seine Achse;
- c) der Impfkristall (3) wird stetig aus der Schmelze (1) gezogen;
- d) ein Kühlsystem prägt mindestens der Schmelzenoberfläche eine Temperaturverteilung auf, die der Symmetrie des zu ziehenden Halbleiterstabes (8) entspricht,
gekennzeichnet durch die Merkmale:
- e) der Impfkristall (3) rotiert gleichmäßig;
- f) das Kühlsystem rotiert gleichsinnig mit dem Impfkristall;
- g) das Kühlsystem rotiert gleichschnell wie der Impfkristall.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsform des aufwachsenden
Halbleiterstabes (8) mindestens annähernd ein Dreieck ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Querschnittsform des aufwachsenden
Halbleiterstabes (8) mindestens annähernd ein Viereck ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kühlsystem die Kühlung
mittels Wärmeleitung durchführt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Kühl
system die Kühlung über Gas- oder Flüssigkeitszwangs
kühlung durchführt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis 5 mit einem Standard-Czochralski-Aufbau,
enthaltend:
- a) einen Schmelztiegel (2) mit Schmelze (1),
- b) einen vertikal verschiebbaren und drehbar angeordneten Impfkristall (3),
- c) ein Kühlsystem, das mindestens der Schmelzenoberfläche eine Temperaturverteilung aufprägt, die der Symmetrie des wachsenden Halbleiterstabes (8) entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlsystem drehbar und vertikal verstellbar ange ordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863608889 DE3608889A1 (de) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | Verfahren zum herstellen von einkristallinen halbleiterstaeben mit polygonaler querschnittsform |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863608889 DE3608889A1 (de) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | Verfahren zum herstellen von einkristallinen halbleiterstaeben mit polygonaler querschnittsform |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3608889A1 true DE3608889A1 (de) | 1987-09-24 |
Family
ID=6296576
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863608889 Withdrawn DE3608889A1 (de) | 1986-03-17 | 1986-03-17 | Verfahren zum herstellen von einkristallinen halbleiterstaeben mit polygonaler querschnittsform |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3608889A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006105982A1 (de) * | 2005-04-06 | 2006-10-12 | Pv Silicon Forschungs Und Produktions Ag | Verfahren zur herstellung einer einkristallinen si-scheibe mit annähernd polygonalem querschnitt und derartige einkristalline si-scheibe |
-
1986
- 1986-03-17 DE DE19863608889 patent/DE3608889A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006105982A1 (de) * | 2005-04-06 | 2006-10-12 | Pv Silicon Forschungs Und Produktions Ag | Verfahren zur herstellung einer einkristallinen si-scheibe mit annähernd polygonalem querschnitt und derartige einkristalline si-scheibe |
US8337615B2 (en) | 2005-04-06 | 2012-12-25 | Pv Silicon Forschungs Und Produktions Gmbh | Method for producing a monocrystalline Si wafer having an approximately polygonal cross-section and corresponding monocrystalline Si wafer |
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