DE4318184A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ziehen von Ein­ kristallen aus einer Schmelze von Halbleitermaterial, bei dem ein monokristalliner Impfkristall zu einem Einkristall heranwächst, indem der Impfkristall in die Schmelze getaucht und kontrolliert in vertikaler Richtung zur Schmelze ange­ hoben wird, während die Schmelze einen Schmelzsee bildet, der nur von der Oberflächenspannung und von elektromagneti­ schen Kräften einer Induktionsspule auf einem Trägerkörper gehalten wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Zucht von Einkristallen nach einem derartigen, auch als "pedestal pulling" bezeichneten Verfahren, unterscheidet sich von dem in der Halbleitertechnik am häufigsten einge­ setzten Verfahren zur Zucht von Einkristallen, dem sogenann­ ten Czochralski-Verfahren, vor allem dadurch, daß bei letzte­ rem ein Tiegel die Schmelze des Halbleitermaterials auf­ nimmt. In der Regel sind die mit der Schmelze dabei in Be­ rührung kommenden Innenwände des Tiegels aus Quarz gefer­ tigt, der sich bei hohen Temperaturen langsam in der Schmel­ ze zu lösen beginnt. Dadurch werden vom Quarz stammende Ver­ unreinigungen, wie zum Beispiel Sauerstoff, Bor und Alumi­ nium, in das Gitter des wachsenden Einkristalls massiv ein­ gebaut. Bei manchen Anwendungen in der Halbleitertechnik, beispielsweise bei der Herstellung von elektronischen Leistungsbauteilen, werden als Grundstoffe jedoch Ein­ kristalle benötigt, die nicht oder nur mit geringen Mengen an Sauerstoff verunreinigt sind. Zur Herstellung derartiger Einkristalle wird eine tiegellose Kristallzieh-Technik wie die "floating zone"- oder die "pedestal pulling"-Technik be­ vorzugt. Bei erstgenanntem Verfahren wird ein zylinderförmi­ ger Stab aus polykristallinem Halbleitermaterial an einem Ende mittels einer Induktionsspule aufgeschmolzen, ein mono­ kristalliner Impfkristall berührend an die Schmelze ange­ setzt und durch eine Relativbewegung von Stab und Spule da­ für gesorgt, daß eine Schmelzenzone langsam von der Seite des Impfkristalls durch den polykristallinen Stab wandert. Das in der Schmelzenzone aufgeschmolzene Halbleitermaterial re­ kristallisiert monokristallin, so daß schließlich ein Ein­ kristall erhalten wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die Masse des polykristallinen Stabs die Masse des Ein­ kristalls begrenzt und die polykristallinen Stäbe aus anla­ gentechnischen Gründen nicht mit beliebiger Länge und belie­ bigem Durchmesser vorgelegt werden können. Da es sich als vorteilhaft erwiesen hat, daß die Durchmesser des polykri­ stallinen Stabs und des monokristallinen Stabs im ungefähren Verhältnis von 1 : 1 stehen sollten, werden zur Herstellung von größeren Einkristallen auch polykristalline Stäbe mit größeren Durchmessern benötigt. Es ist jedoch feststellbar, daß von den Rändern großer polykristalliner Stäbe mit Durch­ messern ab 150 mm, die üblicherweise durch Abscheiden des Halbleitermaterials auf einem sogenannten Dünnstab herge­ stellt werden, aufgrund der Sprödigkeit des Halbleiter­ materials schon bei geringster mechanischer oder thermischer Belastung Teile absplittern können. Geschieht dies während der Zucht eines Einkristalls, droht die Ausbildung von Ver­ setzungen im Kristallgitter, so daß der Kristall für elek­ tronische Anwendungen unbrauchbar wird.

In der US-2,961,305 wird ein Verfahren zur Herstellung von Einkristallen nach dem "pedestal pulling" beschrieben. In der dort offenbarten Verfahrensvariante wird eine auf einem segmentierten Trägerkörper ruhende Scheibe aus Halbleiterma­ terial zunächst induktiv zum Schmelzen gebracht. Danach wird ein monokristalliner Impfkristall in die Schmelze einge­ taucht und in vertikaler Richtung zur Schmelze kontrolliert angehoben. Unter Verbrauch von schmelzflüssigem Halbleiter­ material wächst der Impfkristall zu einem stabförmigen Ein­ kristall heran. Da in dem beschriebenen Fall auch der seg­ mentierte Trägerkörper aus dem Halbleitermaterial besteht und dieser infolge des Wärmeübergangs von der auf ihm ruhen­ den Schmelze selbst und der bewegten induktiven Heizung ge­ richtet aufgeschmolzen wird, ist ein Einkristall ziehbar, dessen maximal erzielbare Masse annähernd gleich der Summe der Massen der Scheibe und des Trägerkörpers ist. Neben der auch bei diesem Verfahren ungünstigen Beschränkung der er­ zielbaren Größe des Einkristalls ist hier besonders von Nachteil, daß der mit hohem Aufwand geschaffene Trägerkörper im Verlauf des Verfahrens zerstört wird.

In der US-3,936,346 wird eine weitere Variante des "pedestal pulling" aufgezeigt. Das dort beschriebene Verfah­ ren besteht darin, daß ein polykristalliner Halbleiterstab kontinuierlich von unten in einen aus Induktionsspulen auf­ gebauten, nach unten und oben geöffneten Käfig geschoben wird. Der Teil des Halbleiterstabs, der sich gerade im Käfig befindet, schmilzt auf und bildet eine Schmelze aus, die wegen der Oberflächenspannung des Halbleitermaterials und wegen der von den Spulen erzeugten elektromagnetischen Kräf­ te die Seitenwände des Käfigs nicht berührt. Zu Beginn die­ ses Verfahrens wird durch Einführen des polykristallinen Stabes eine Schmelze im Käfig erzeugt. Danach wird ein mono­ kristalliner Impfkristall in die Schmelze getaucht und in vertikaler Richtung zur Schmelze kontrolliert angehoben, wo­ bei laufend Material aus der Schmelze am Impfkristall auf­ wächst. Durch das Nachschieben des polykristallinen Halblei­ terstabs wird gewährleistet, daß die Schmelzenmenge im Käfig dennoch konstant bleibt. Auch bei dieser Verfahrensvariante besteht die bereits erwähnte, nachteilige Abhängigkeit der Masse des Einkristalls von der des polykristallinen Opfer­ stabs.

Es war deshalb die Aufgabe der nachstehend beschriebenen Er­ findung, ein Verfahren zum Ziehen von Einkristallen anzuge­ ben, mit dem die genannten Nachteile im Stand der Technik vermieden werden. Ferner bestand die Aufgabe darin, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustel­ len.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze von Halbleitermaterial, bei dem ein monokristalliner Impfkristall zu einem Einkristall heranwächst, indem der Impfkristall in die Schmelze getaucht und kontrolliert in vertikaler Richtung zur Schmelze ange­ hoben wird, während die Schmelze einen Schmelzensee bildet, der nur von der Oberflächenspannung und von elektromagneti­ schen Kräften einer Induktionsspule auf einem Trägerkörper gehalten wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß wäh­ rend des Wachstums des Einkristalls Halbleitermaterial in fester oder flüssiger Form zur Schmelze nachchargiert wird.

Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens gelöst, welche durch eine Nachchargier­ einrichtung für flüssiges oder festes Halbleitermaterial ge­ kennzeichnet ist.

Zumindest der Teil des Trägerkörpers, der mit dem Schmelzsee in Berührung kommt, ist vorzugsweise aus dem Halbleiter­ material gefertigt, aus dem der herzustellende Einkristall bestehen soll. Ferner ist es von Vorteil, zumindest den Teil des Trägerkörpers, der an den Schmelzsee angrenzt, beheizbar zu gestalten. Dafür bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, beispielsweise die Beheizung über eine Widerstandshei­ zung oder eine Induktionsheizung. Durch die zusätzliche Be­ heizung des Trägerkörpers wird die Induktionsspule, die als Heizquelle der Erzeugung und/oder Aufrechterhaltung des Schmelzsees dient, wirksam unterstützt und es können damit Wärmeverluste ausgeglichen werden, die zwangsläufig beim Nachchargieren des Halbleitermaterials auftreten. Die Induk­ tionsspule ist vorzugsweise flächig ausgebildet und befindet sich oberhalb des Trägerkörpers. Der Abstand zu diesem ist veränderbar. Eine Möglichkeit den Schmelzsee zu erzeugen be­ steht darin, daß zu Beginn des Verfahrens festes Halbleiter­ material auf den Trägerkörper gelegt wird und der Trägerkör­ per durch die zusätzliche Heizquelle soweit erhitzt wird, daß das daraufliegende Halbleitermaterial mit Hilfe der Induktionsspule aufgeschmolzen werden kann, wobei sich der Schmelzsee ausbildet. Grundsätzlich kann das Halbleiter­ material auch bereits in flüssigem Zustand auf den vorge­ heizten Trägerkörper gegossen und auf diese Weise mit Hilfe der induktiven Beheizung der Schmelzsee erzeugt werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Oberfläche des Trägerkörpers konkav ausgebildet ist. Eine weitere, be­ vorzugte Möglichkeit besteht darin, den Schmelzsee dadurch zu erzeugen, daß der Trägerkörper selbst mit Hilfe der zu­ sätzlichen Heizquelle und der Induktionsspule aufgeschmolzen wird. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß zumindest der der Induktionsspule zugewandte Teil des Trägerkörpers mit Hilfe der zusätzlichen Heizquelle vorgeheizt und an­ schließend mit Hilfe der Induktionsspule soweit aufgeschmol­ zen wird, daß ein Schmelzsee entsteht.

Die Tiefe des Schmelzsees wird wesentlich von der angelegten Leistung der beiden Heizquellen bestimmt. Obwohl nicht zwin­ gend notwendig, so hat es sich jedoch als zweckmäßig erwie­ sen, soviel Halbleitermaterial aufzuschmelzen, daß die Tiefe des Schmelzsees im Bereich von 20 bis 50 mm liegt.

Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird, wie es beim "pedestal pulling" üblich ist, der monokristalline Impf­ kristall durch das Innenloch der Induktionsspule auf die Oberfläche des Schmelzsees abgesenkt, in die Schmelze ge­ taucht und vertikal zur Schmelzenoberfläche angehoben. Wei­ tere Verfahrensmerkmale, die zum Stand der Technik gehören, wie zum Beispiel, daß der wachsende Einkristall und/oder der Trägerkörper während des Kristallziehens gedreht werden und daß durch die Wahl der Ziehgeschwindigkeit der Durchmesser des Einkristalls vorbestimmt wird, werden im weiteren Ver­ lauf dieser Beschreibung als bekannt vorausgesetzt. Dies gilt ebenso für die beim "pedestal pulling" üblichen Dotier­ verfahren. Gegebenenfalls können während des Ziehens des Einkristalls gasförmige Verbindungen der Dotierelemente auf die Schmelze geblasen oder Dotierstoff in fester Form dem Nachchargiermaterial beigemischt werden.

Der Schwund an schmelzflüssigem Halbleitermaterial, der mit dem Wachstum des Einkristalls einhergeht, wird vorzugsweise durch kontinuierliches Nachchargieren von neuem Halbleiter­ material ausgeglichen. Selbstverständlich kann aber auch taktweise nachchargiert werden. In der besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Halbleitermaterial in schmelzflüs­ sigem Zustand durch ein auf den Schmelzsee gerichtetes Quarzrohr dem Schmelzsee zugeführt. Grundsätzlich kann auch festes Halbleitermaterial, beispielsweise in Form von Granu­ lat, durch ein auf den Schmelzsee gerichtetes Quarzrohr direkt dem Schmelzsee zugeführt werden. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, durch geeignete Ausführung des Quarzrohres oder durch einen entsprechend geformten, in die Schmelze hineinragenden Quarzring, zu verhindern, daß das Granulat an die Phasengrenze des wachsenden Kristalls oder an den Rand des Schmelzsees gelangt.

Eine weitere Möglichkeit, festes Halbleitermaterial nachzu­ chargieren, besteht darin, in einem spitzen Winkel zur Ober­ fläche des Trägerkörpers einen polykristallinen Halbleiter­ stab in den Schmelzsee einzutauchen und nach Maßgabe der frisch benötigten Schmelzmenge aufzuschmelzen. Die Zufuhr frischen Halbleitermaterials kann jederzeit dadurch abgebro­ chen oder unterbrochen werden, daß der Halbleiterstab aus dem Schmelzsee gezogen wird.

Halbleitermaterial, welches in flüssiger Form nachchargiert werden soll, muß zuvor in einem dafür vorgesehenen, festes Halbleitermaterial aufnehmenden Vorschmelztiegel geschmolzen werden. Der Vorschmelztiegel wird entsprechend den geometri­ schen Erfordernissen soweit möglich direkt über die Induk­ tionsspule oder über eine eigene Tiegelheizung beheizt. Steht das aufzuschmelzende Halbleitermaterial in Granulat­ form zur Verfügung, wird üblicherweise die Schmelzenergie über die Induktionsspule zugeführt. Bei Staub, gröberen Bruchstücken oder Stäben ist es aus geometrischen Gründen vorteilhafter, den Vorschmelztiegel mit einer eigenen Tie­ gelheizung, insbesondere mit einer Widerstandsheizung zu be­ heizen.

Das bedarfsgerechte Zudosieren des schmelzflüssigen Halblei­ termaterials zum Schmelzsee erfolgt beispielsweise derart, daß durch Regelung der Heizungsleistung gerade soviel Halb­ leitermaterial im Vorschmelztiegel geschmolzen wird, wie zum kontinuierlichen Ziehen eines Einkristalls benötigt wird. Im Falle der direkten Beheizung des Vorschmelztiegels durch die Induktionsspule erfolgt die Mengenregelung des nachzuchar­ gierenden Materials zweckmäßigerweise über eine Dosiervor­ richtung, beispielsweise über eine temperaturgesteuerte Kapillare. Entsprechend wird bei der Zugabe von festem Gra­ nulat direkt in die Schmelze die benötigte Menge mittels einer Dosiervorrichtung, beispielsweise mit einem Schwing­ förderer nachchargiert.

Auf diese Weise wird unabhängig vom Tiegelvolumen sicherge­ stellt, daß flüssiges Halbleitermaterial nur kurzzeitig und in vergleichsweise geringer Menge mit der in der Regel aus Quarz gefertigten Tiegelinnenwand in Berührung kommt und da­ bei Sauerstoff und andere Verunreinigungen aufnimmt.

Das Ziehen des Einkristalls wird beendet, wenn dieser eine vorgegebene oder eine, den baulichen Gegebenheiten der Zieh­ anlage entsprechende Länge erreicht hat. Zu diesem Zweck wird die Zufuhr nachchargierten Halbleitermaterials zum Schmelzsee abgebrochen und gleichzeitig die Ziehgeschwindig­ keit erhöht, so daß sich das der Schmelze zugewandte Ende des Einkristalls konisch verjüngt, bis es schließlich den Kontakt mit der Schmelze verliert. Prinzipiell steht die Ziehanlage nach dem Ausbau des gezogenen Einkristalls und einer kurzen Zeit des Wiederherstellens optimaler Ziehbe­ dingungen für einen neuen Verfahrenszyklus bereit. Der Schmelzsee wird während dieser Zeit aufrecht erhalten. Der neue Verfahrenszyklus wird dadurch eingeleitet, daß ein Impfkristall in die Schmelze getaucht und kontrolliert in vertikaler Richtung zur Schmelze angehoben wird, und das durch das Wachsen des Einkristalls verbrauchte Halbleiter­ material nachchargiert wird.

Vorteilhafterweise wird bei längeren Stillstandzeiten der Ziehanlage der Trägerkörper durch mechanische Bearbeitung in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt, indem Deforma­ tionen wieder beseitigt werden, die sich beim Erstarren der Schmelze herausgebildet haben.

Im folgenden werden an Hand von vier Figuren Vorrichtungen als Ausführungsbeispiele diskutiert, die zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignet sind. Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Nachchargieren von festem Halbleiter­ material, das direkt in die Schmelze gefördert wird. Fig. 2 zeigt eine ähnliche Vorrichtung, bei der das Material über einen von der Induktionsspule mitbeheiztem Vorschmelztiegel in flüssigem Zustand in die Schmelze gelangt. Fig. 3 zeigt eine entsprechende Vorrichtung mit einem Vorschmelztiegel mit eigner Tiegelheizung. In Fig. 4 ist eine Vorrichtung dargestellt, mit der stabförmiges Halbleitermaterial in einem Vorschmelztiegel geschmolzen und in flüssiger Form nachchargiert werden kann. Gleiche Bezugsziffern in den Fi­ guren bezeichnen gleiche Vorrichtungsmerkmale.

Gemäß Fig. 1 gehört zur Vorrichtung ein gasdichtes Gehäuse 1, welches während des Ziehens des Einkristalls evakuiert ist oder mit Inertgas gespült wird. Der Impfkristall 2 ist in der Darstellung bereits zu einem größeren zylinderförmi­ gen Einkristall 3 herangewachsen, der über eine Ziehvorrich­ tung 4 in vertikaler Richtung zur einen Schmelzsee bildenden Halbleiterschmelze 5 kontrolliert angehoben wird. Die Induk­ tionsspule 6 ist in geringem Abstand zur Schmelzenoberfläche angebracht und umgibt ringförmig den Einkristall. Mit Hilfe der Halterung 7a wird ein vorzugsweise ringförmiger und aus Quarz bestehender Formkörper 7 so gehalten, daß er die Schmelzenoberfläche berührt oder in den Schmelzsee ein­ taucht. Durch die Öffnung 8 in der Induktionsspule 6 wird mit Hilfe der Dosiervorrichtung 12 feinkörniges Halbleiter­ material 10 aus dem Vorratsbehälter 11 über die Zuführungs­ leitung 9 in den Formkörper 7 und damit in die Schmelze ge­ fördert. Den Vorratsbehälter 11 kann nur soviel festes Halb­ leitermaterial verlassen wie es die Dosiervorrichtung 12 zu­ läßt.

Die Steuerung der Dosiervorrichtung übernimmt eine Regelein­ richtung 13, die aktuelle Ziehparameter, wie beispielsweise die Ziehgeschwindigkeit und den Durchmesser des Einkristalls auswertet. Der Schmelzsee ruht auf einem Trägerkörper 14, der über die Widerstandsheizung 15 als zusätzliche Heiz­ quelle beheizt werden kann. Vorzugsweise ist der Trägerkör­ per 14 nicht aus einem Stück geformt, sondern aus mehreren Segmenten zusammengesetzt. Durch eine geeignete Formgebung der Segmente läßt sich auf einfache Weise ein Hohlraum zur Aufnahme der zusätzlichen Heizquelle 15 realisieren. Der Trägerkörper wird in einer bevorzugten Ausführungsform von einer höhenverstellbaren und drehbaren Stützvorrichtung 16 gehalten.

Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Vorrichtung unter­ scheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 insbe­ sondere dadurch, daß das nachzuchargierende Halbleiter­ material 10 in einem von der Induktionsspule 6 mitbeheizten Vorschmelztiegel 17 aufgeschmolzen wird. Aus diesem gelangt das nachzuchargierende Halbleitermaterial 10 in flüssigem Zustand in die Schmelze 5.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Vorrichtung unter­ scheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 insbe­ sondere dadurch, daß ein mit einer eigenen Tiegelheizung 24 ausgestatteter Vorschmelztiegel 18 verwendet wird. Der Vor­ schmelztiegel ist beispielsweise mit Bruchstücken 19 aus Halbleitermaterial befüllt, die aufgeschmolzen werden. Das schmelzflüssige Halbleitermaterial 20 wird über die Dosier­ vorrichtung 12 an eine vorzugsweise beheizte Zuführungslei­ tung 9 abgegeben. Die Zuführungsleitung reicht durch die Öffnung 8 in der Induktionsspule 6 bis zur Oberfläche des Schmelzsees oder ragt in diesen hinein.

Mit der Vorrichtung gemäß Fig. 4 kann auch Halbleiter­ material in Stabform nachchargiert werden. Dazu wird in dem mit eigener Tiegelheizung 24 ausgestatteten Vorschmelztiegel 18 ein vorzugsweise polykristalliner Halbleiterstab 21 ganz oder teilweise aufgeschmolzen. Dazu wird der mit der Haltevorrichtung 22 gehaltene Stab 21 mit der Senkvorrich­ tung 23 je nach Bedarf in den beheizten Tiegel 18 abgesenkt. Geregelt wird die Senkvorrichtung 23 durch die Regeleinrich­ tung 13.

Das schmelzflüssige Halbleitermaterial 20 wird anschließend wie in Fig. 3 über die Dosiervorrichtung 12 an eine vor­ zugsweise beheizte Zuführleitung 9 abgegeben und gelangt von dort in die Schmelze 5.

Einkristalle, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gezo­ gen werden, zeichnen sich gegenüber den herkömmlichen, tie­ gelgezogenen Einkristallen nicht nur durch einen vergleichs­ weise niedrigeren Sauerstoffgehalt aus, sondern weisen auch deutlich weniger an Verunreinigungen auf, weil die beim Tiegelziehen üblicherweise verwendeten Hilfsstoffe nicht be­ nötigt werden. Deshalb eignen sich die erzeugten Einkristal­ le besonders als Grundmaterial für elektronische Leistungs­ bauelemente. Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, einen oder mehrere Einkristalle in Folge mit einem Durchmesser von 50 bis 300 mm, vorzugsweise 100 bis 150 mm, sowie mit einer Länge bis 2 m und länger herzustellen. Dabei ist man weitge­ hend unabhängig vom Zustand und der Form des verwendeten Ausgangsmaterials.

Abschließend wird das Verfahren an Hand eines Beispiels de­ monstriert:

In einer Ziehanlage gemäß Fig. 2 war der beheizbare Träger­ körper aus Silicium-Segmenten gefertigt, hatte einen Durch­ messer von 400 mm, eine Höhe von 300 mm und stand auf einer höhenverstellbaren und drehbaren Stützvorrichtung. Die Seg­ mente waren so geformt, daß sich im Inneren des Trägerkör­ pers für eine Widerstandsheizung mit 60 kW Anschlußleistung Platz bot. Die Anschlußleistung der oberhalb des Trägerkör­ pers angebrachten Induktionsspule betrug 100 kW. Die Spule wies eine Öffnung auf, durch die der als Quarzkapillare ge­ staltete Ablauf eines direkt über der Spule angebrachten Vorschmelztiegels als Zuführungsleitung bis zur Oberfläche des Trägerkörpers führte. Die Aufnahmekapazität des aus Gra­ phit gefertigten und mit Quarz ausgekleideten Vorschmelztie­ gels betrug 1 kg Silicium. Der Vorschmelztiegel wurde über eine Versorgungsleitung aus Quarz mit Silicium-Granulat mit einem mittleren Durchmesser von 0,2 bis 1 mm von einem Vor­ ratsbehälter versorgt. Über dem Vorschmelztiegel befand sich eine Absaugvorrichtung, mit der Staub und Siliciumoxid wirk­ sam entfernt werden konnten. Der Vorratsbehälter hatte eine Aufnahmekapazität von 25 kg Silicium und war mit einem Rütt­ ler (Schwingförderer) als Dosiervorrichtung ausgerüstet. Darüber hinaus konnte mit Hilfe einer Schleuse von außerhalb der Ziehanlage Silicium in den Vorratsbehälter nachgefüllt werden. Zu Beginn des Verfahrens wurde die Ziehanlage mit Argon gespült und schließlich eine Argonatmosphäre von 2 bar eingestellt. Danach wurde der Trägerkörper mit der innenlie­ genden Widerstandsheizung auf etwa 1050°C vorgeheizt und die Oberfläche des Trägerkörpers durch vorsichtiges Einkop­ peln der Induktionsspule bei gleichzeitiger Zurücknahme der Heizleistung der Widerstandsheizung aufgeschmolzen. Nach einer Stabilisierungsphase von 90 min wurde ein monokristal­ liner Impfkristall in den entstandenen Schmelzsee einge­ taucht und vertikal zur Schmelze gemäß der "pedestal-Tech­ nik" angehoben. Es entstand dabei ein zylinderförmiger Ein­ kristall von 154 mm Durchmesser mit einer konusförmigen Spitze. Bereits während des Entstehens der konusförmigen Spitze wurde mit dem Nachchargieren von schmelzflüssigem Silicium begonnen. In Abhängigkeit der vorgewählten Ziehge­ schwindigkeit von 1,9 mm/min und dem aktuellen Durchmesser des Einkristalls wurde von einer Regeleinrichtung die Menge an Granulat berechnet, mit der das Volumen des Schmelzsees konstant gehalten werden konnte. Die entsprechende Granulat­ menge wurde vom Vorratsbehälter mittels des Rüttlers dem Vorschmelztiegel kontinuierlich zudosiert. Beim Ziehen des zylindrischen Teils des Einkristalls blieb die Menge an pro Zeiteinheit nachchargiertem Silicium konstant, ebenso wie die Leistungsaufnahme der Induktionsspule (15 kW) und die der zusätzlichen Widerstandsheizung (10 kW). Nachdem der Einkristall auf eine Länge von 185 cm herangewachsen war wurde in üblicher Weise ein Endkonus gezogen und gleichzei­ tig das Nachchargieren eingestellt. Nach dem Erkalten der Ziehanlage wurde der Trägerkörper durch eine mechanische Be­ arbeitung in seinen ursprünglichen Zustand zurückversetzt und anschließend ein neuer Verfahrenszyklus begonnen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze von Halbleitermaterial, bei dem ein mono­ kristalliner Impfkristall zu einem Einkristall heran­ wächst, indem der Impfkristall in die Schmelze getaucht und kontrolliert in vertikaler Richtung zur Schmelze an­ gehoben wird, während die Schmelze einen Schmelzsee bil­ det, der nur von der Oberflächenspannung und von elek­ tromagnetischen Kräften einer Induktionsspule auf einem Trägerkörper gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Wachstums des Einkristalls Halbleiter­ material in fester oder flüssiger Form zur Schmelze nachchargiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial nachchargiert wird, indem es in festem Zustand in die Schmelze transportiert wird, in der es schmilzt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial in flüssiger Form nachchargiert wird, indem es in einem Vorschmelztiegel geschmolzen und in flüssiger Form in die Schmelze transportiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleitermaterial nachchargiert wird, indem ein läng­ licher Festkörper, bestehend aus dem Halbleitermaterial in die Schmelze getaucht wird, wobei der in die Schmelze eintauchende Teil des Festkörpers schmilzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial taktweise oder kontinuierlich nachchargiert wird.

6. Vorrichtung zum Ziehen von Einkristallen aus einer Schmelze von Halbleitermaterial mit einem Trägerkörper, auf dem die Schmelze ruht, einer Ziehvorrichtung mit de­ ren Hilfe ein monokristalliner Impfkristall in die Schmelze getaucht und vertikal zur Schmelze kontrolliert angehoben wird und einer in geringem Abstand zur Schmel­ zenoberfläche angebrachten Induktionsspule, die den wachsenden Einkristall ringförmig umgibt, gekennzeichnet durch eine Nachchargiereinrichtung für flüssiges oder festes Halbleitermaterial.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachchargiereinrichtung für flüssiges Halbleiterma­ terial im wesentlichen aus einem von der Induktionsspule beheizten Vorschmelztiegel und einer Zuführungsleitung besteht, mit deren Hilfe festes Halbleitermaterial ge­ schmolzen und in flüssiger Form durch eine Öffnung in der Induktionsspule der Schmelze zugeführt werden kann.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachchargiereinrichtung für flüssiges Halbleiterma­ terial im wesentlichen aus einem von einer Widerstands­ heizung beheiztem Vorschmelztiegel und einer Zuführungs­ leitung besteht, mit deren Hilfe festes Halbleitermate­ rial geschmolzen und in flüssiger Form durch eine Öffnung in der Induktionsspule der Schmelze zugeführt wer­ den kann.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachchargiereinrichtung für festes Halbleitermate­ rial im wesentlichen einem Vorratsbehälter für das Halb­ leitermaterial und einer Dosiervorrichtung zum Dosieren des Halbleitermaterials in eine Zuführungsleitung be­ steht, von wo aus das Halbleitermaterial in einen ring­ förmigen Formkörper und in die Schmelze gelangt, wobei der Formkörper so gelagert ist, daß er die Schmelzen­ oberfläche berührt oder in die Schmelze eintaucht.