NL8401600A

NL8401600A - CRYSTAL GROWTH DEVICE.

Info

Publication number: NL8401600A
Application number: NL8401600A
Authority: NL
Original assignee: Mobil Solar Energy Corp
Priority date: 1983-05-19
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1984-12-17
Also published as: GB2139916A; IL71552A0; AU2769384A; DE3418369A1; JPS6046991A; FR2546189A1

Description

FF

VO 6272VO 6272

Titel: Kristalgroei-inrichting.Title: Crystal growth device.

De uitvinding heeft betrekking op de groei van kristallen en meer in het bijzonder op de fabricage van lichamen uit kristallijn materiaal uit een vloeibare smelt te gebruiken bij het vormen van zonnecellen en andere inrichtingen in vaste toestand.The invention relates to the growth of crystals and more particularly to the manufacture of crystalline bodies from a liquid melt for use in forming solar cells and other solid state devices.

5 Verschillende technieken zijn bekend voor het doen aangroeien van kristallijne lichamen uit een vloeibare smelt. Een van deze technieken welke betrekkelijk succesvol is gebleken bij het doen aangroeien van dergelijke lichamen is het "edge-defined film-fed growth" proces, afgekort aangeduid als het "EFG" proces. Dit proces is beschreven in het 10 Amerikaanse octrooischrift 3.591.348 alsmede in vele aanvullende octrooien. Volgens dit proces is het mogelijk kristallijne lichamen uit silicium te doen aangroeien dan wel uit ander materiaal zoals alfa-aluminium (safier), spinel,chrysoberyl, bariumtitanaat, lithium-niobaat en yttrium aluminium, granaatsteen.Various techniques are known for growing crystalline bodies from a liquid melt. One of these techniques which has proven relatively successful in growing such bodies is the "edge-defined film-fed growth" process, abbreviated as the "EFG" process. This process is described in U.S. Pat. No. 3,591,348 as well as in many additional patents. According to this process, it is possible to grow crystalline bodies from silicon or from other material such as alpha aluminum (sapphire), spinel, chrysoberyl, barium titanate, lithium niobate and yttrium aluminum, garnet.

15 Kristallijne lichamen laat men in verschillende vormen aan groeien zoals staven, holle buizen, en platte stroken. De holle buizen hebben verschillende dwarsdoorsnede-vormen zoals ronde, veelhoekige, en ovale dwarsdoorsnedevormen. In het Amerikaanse octrooischrift 3.687.633 is een apparaat beschreven voor het doen aangroeien van staven, 20 ronde buizen en stroken, terwijl het Amerikaanse octrooischrift 4.036.666 buisvormige lichamen van ovale dwarsdoorsnedevorm weergeeft.Crystalline bodies are grown in various shapes such as bars, hollow tubes, and flat strips. The hollow tubes have different cross-sectional shapes, such as round, polygonal, and oval cross-sectional shapes. U.S. Pat. No. 3,687,633 discloses an apparatus for growing bars, round tubes and strips while U.S. Pat. No. 4,036,666 discloses oval cross-sectional tubular bodies.

Volgens het EFG proces wordt gebruik gemaakt van een smelt-kroes-vormstelsel met een smelkroes voor het opnemen van het gesmolten materiaal op een temperatuur boven het smeltpunt van het materiaal, 25 en een capillaire vorm welke zich ten dele in de smeltkroes bevindt.According to the EFG process, a melting crucible molding system with a crucible is used to receive the molten material at a temperature above the melting point of the material, and a capillary mold which is partly contained in the crucible.

De capillaire vorm heeft één of meer doorgangen van capillaire afmetingen ter vorming van een fluidumverbinding tussen de smelt in de kroes en het topvlak van de capillaire vorm. Tijdens het aangroeien van kristallijn materiaal uit het smeltkroes-vormstelsel wordt het 30 entkristal allereerst in contact gebracht met de vormtop teneinde voldoende smeltmateriaal naar de top te brengen en in de delen van de capillair bemeten doorgangen boven de smelt in de smeltkroes. Het entkristal wordt dan met een constante snelheid uit de vormtop getrokken. Terwijl het entkristal wordt getrokken wordt de vloeibare smelt 35 aan de vormtop, d.w.z. de meniscus tussen de vormtop en het verharde 1401600 -2- kristallijne lichaam dat wordt gevormd continu aangevuld door de trek van het materiaal als gevolg van capillaire werking vanuit het smeltbad dat zich in de kroes bevindt onder de vormtop via de capillaire doorgangen in de vormtop. De vorm van het kristallijne lichaam 5 dat aangroeit vanuit de vorm wordt bepaald door de uitwendige vorm of rand van het topeindvlak van de vorm d.w.z. de toprand bepaalt het vlak van de vorm dat door de smelt wordt bevochtigd. Een hol-cilindrisch kristallijn lichaam kan bijvoorbeeld aangroeien door het top-, einde van de vorm te voorzien van een holte van dezelfde vorm als de 10 dwarsdoorsnede van het holle lichaam aangezien de aangevoerde fluidumfilm geen verschil vertoont tussen de buitenrand en de binnenrand aan de top van de vorm; vooropgesteld echter dat de holte in de vorm groot genoeg is, zodat de oppervlaktespanning niet de oorzaak is dat de film over de holte heen vloeit.The capillary shape has one or more passages of capillary size to form a fluid communication between the melt in the crucible and the top surface of the capillary shape. During the growth of crystalline material from the crucible molding system, the seed crystal is first contacted with the molding tip to bring sufficient melting material to the top and passages in the parts of the capillary-sized passages above the melting crucible. The seed crystal is then pulled out of the forming top at a constant speed. While the seed crystal is being pulled, the liquid melt 35 at the mold tip, ie the meniscus between the mold tip and the hardened 1401600 -2-crystalline body that is formed, is continuously supplemented by the pull of the material due to capillary action from the molten bath. in the crucible is under the mold top through the capillary passages in the mold top. The shape of the crystalline body 5 growing from the shape is determined by the outer shape or edge of the top end face of the mold, i.e., the top edge defines the face of the shape wetted by the melt. For example, a hollow cylindrical crystalline body can grow by providing the top, end of the mold with a cavity of the same shape as the cross section of the hollow body since the supplied fluid film shows no difference between the outer edge and the inner edge at the top of the shape; provided the cavity is large enough in the mold, however, so that the surface tension does not cause the film to flow over the cavity.

15 De dikte van elk kristallijn lichaam dat volgens dit proces aan groeit is een functie van de temperatuur aan de vormtop, alsmede van de snelheid waarmede het lichaam uit die top wordt getrokken. Bijvoorbeeld en niet-beperkend is een doelmatige temperatuur aan de vormtop bij de aangroei van silicium ongeveer 1450°C, terwijl een 20 doelmatige treksnelheid 19-38 mm/minuut is.The thickness of each crystalline body that grows according to this process is a function of the temperature at the mold top, as well as the speed at which the body is pulled out of that top. For example and non-limiting, an effective temperature at the mold tip in the growth of silicon is about 1450 ° C, while an effective drawing speed is 19-38 mm / minute.

Aanvankelijk werden zonnecellen normaliter gefabriceerd in in hoofdzaak platte strookvorm. Stroken welke worden gebruikt in zonnecellen moeten in hoofdzaak monokristallijn zijn, gelijkmatig in afmeting en vorm en in hoofdzaak vrij van kristaldefecten. Een probleem 25 dat bestaat bij het doen aangroeien van in hoofdzaak platte strook- vormige lichamen is dat de temperatuurgradient over de vormtop kan resulteren in een ongelijkmatig aangroeien, terwijl ongewenste ingroei-krachten kunnen optreden binnen het lichaam terwijl dit verhardt.Initially, solar cells were normally fabricated in substantially flat strip form. Strips used in solar cells must be substantially monocrystalline, uniform in size and shape, and substantially free of crystal defects. A problem that exists in growing substantially flat strip-shaped bodies is that the temperature gradient over the mold tip can result in uneven growth while unwanted ingrowth forces can occur within the body as it hardens.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.036.666 beschrijft een betrekke-30 lijk goedkope techniek voor het fabriceren van strookvormige halfgeleiders uit bijvoorbeeld silicium door eerst een buis 'tfit halfgeleider-materiaal te doen aangroeien net een plat ovale doorsnede .US Pat. No. 4,036,666 describes a relatively inexpensive technique for fabricating strip semiconductors from, for example, silicon by first growing a tube of semiconductor material with a flat oval cross-section.

De buis wordt vervolgens in lengterichting gespleten voor het verwijderen van de gebogen zijdelen zodat gescheiden in hoofdzaak platte 35 stroken ontstaan. Bij voorkeur wordt het buitenvlak van het platte ovale lichaam allereerst bekleed met een gebruikelijk lichtafstotend 8401600 -3- materiaal zoals polymethylmethacrylaat dat een positieve weerstand heeft.The tube is then longitudinally split to remove the curved side parts to form separated substantially flat strips. Preferably, the outer surface of the flat oval body is first coated with a conventional light-repellent 8401600-3 material such as polymethyl methacrylate which has a positive resistance.

Vervolgens worden de delen van de weerstandslaag welke de brede zijvlakken bedekt behandeld met een smalle lichtbundel, zodat elk zij-wandgedeelte twee rechte en smalle in langsrichting zich uitstrekkende 5 oppervlakken vertoont dat vrij is van lichtafstotend materiaal waarbij dit veranderd wordt in een polymeer met een ander moleculair gewicht.Then, the parts of the resistive layer covering the wide side surfaces are treated with a narrow beam of light, so that each side wall portion exhibits two straight and narrow longitudinally extending surfaces free of light-repellent material changing to a polymer with another molecular weight.

De buis wordt vervolgens gedompeld in een voorkeursoplossing van ets-middel zoals methylisobutylketon met als resultaat dat de niet-belichte delen van het weerstandsmateriaal intact blijven, terwijl de belichte 10 vlakken zijn opgelost en twee smalle lijngedeeltes vrijgeven aan elk van de zijwanddelen. Vervolgens wordt een siliciumetsmiddel zoals kalium-hydroxyde op de buis gebracht teneinde de buis op de belichte vlakken te scheiden. .De fotogevoelige juncties kunnen dan worden gevormd in de resulterende strookvormige lichamen.The tube is then dipped in a preferred etchant solution such as methyl isobutyl ketone resulting in the unexposed parts of the resist material to remain intact, while the exposed surfaces are dissolved and release two narrow line sections to each of the sidewall sections. Then, a silicon etchant such as potassium hydroxide is applied to the tube to separate the tube on the exposed surfaces. The photosensitive junctions can then be formed in the resulting strip-shaped bodies.

15 Het Amerikaanse octrooischrift 4.095.329 beschrijft een andere techniek voor het goedkoop produceren van strookvormige silicium-lichamen als halfgeleider. Een groot buisvormig lichaam uit half-geleidermateriaal doet men volgens het EFG proces aangroeien. Een fotogevoelige junctie wordt gevormd in het buisvormige lichaam en ver-20 volgens wordt dit geëtst teneinde dit in afzonderlijke secties te verdelen. Een principieel voordeel van het doen aangroeien van buizen en het daaropvolgend etsen van de buis in strookvormige of gekromd strookvormige lichamen is de economische wijze waarop door aangroei gelijktijdig een aantal stroken kunnen worden gevormd. Voorts worden de pro-25 blemen met betrekking tot deranddeffecten in de afzonderlijke stroken wanneer- deze rechtstreeks in de vorm aangroeien verminderd hetgeen het geval kan zijn van de vorm van het vloeistof/vaste stof scheidingsvlak aan de strookranden wanneer de strook aangroeit of het accumuleren aan de strookranden van onzuiverheden welke zich in de smelt bevinden.US Patent 4,095,329 describes another technique for the inexpensive production of silicon strip-like bodies as a semiconductor. A large tubular body of semiconductor material is grown according to the EFG process. A photosensitive junction is formed in the tubular body and then etched to divide it into separate sections. A principal advantage of growing tubes and subsequently etching the tube in strip-shaped or curved strip-shaped bodies is the economical way in which a number of strips can be simultaneously formed by growth. Furthermore, the problems with edge effects in the individual strips as they grow directly in the mold are reduced which may be the case of the shape of the liquid / solid interface at the strip edges as the strip grows or accumulates on the strip edges of impurities which are in the melt.

30 Deze randeffecten zijn onvermijdelijk en de rechtstreeks aan gevoerde stroken moeten verder worden behandeld voor het verwijderen van de defecten alvorens zij gebruikt kunnen worden. Het doen aangroeien van een buisvormig lichaam en het daaropvolgend chemisch etsen van de buis voor het vormen van stroken of gekromd bolvormige lichamen heeft 35 het probleem van het chemisch etsen dat op zeer nauwkeurige wijze dient te geschieden.These edge effects are unavoidable and the strips directly fed must be further treated to remove the defects before they can be used. The growth of a tubular body and the subsequent chemical etching of the tube to form strips or curved spherical bodies has the problem of chemical etching which must be done very accurately.

8401600 -4-8401 600 -4-

Het doel van de uitvinding is te voorzien in een apparaat en de techniek voor het gelijktijdig doen aangroeien van een aantal in hoofdzaak monokristallijne halfgeleiderlichamen met de voordelen van aangroei van een hol lichaam uit hetzelfde materiaal en het daaropvolgend 5 spreiden van het holle lichaam in langsrichting in een aantal secties.The object of the invention is to provide an apparatus and the technique for simultaneously growing a number of substantially monocrystalline semiconductor bodies with the advantages of growing a hollow body of the same material and subsequently spreading the hollow body in the longitudinal direction a number of sections.

Een verder doel van de uitvinding is te voorzien in een verbeterd apparaat en een techniek voor het gelijktijdig doen aangroeien van een aantal strookvormige of gekromd strookvormige lichamen uit een gemeenschappelijke bron van smeltmateriaal voor het verkrijgen van de 10 voordelen van de aangroei van een hol lichaam en een daaropvolgend in langsrichting snijden van dit lichaam in secties.A further object of the invention is to provide an improved apparatus and technique for simultaneously growing a plurality of strip-shaped or curved strip-shaped bodies from a common source of melt material to achieve the advantages of hollow body growth and a subsequent longitudinal cutting of this body into sections.

Een verder doel van de uitvinding is het verschaffen van een verbeterd apparaat en een techniek’ voor het doen aangroeien van een aantal stroken of gekromd strookvormige lichamen uit een gemeenschappe-15 lijke smelt terwijl de etsfase kan worden vermeden zoals beschreven in de Amerikaanse octrooischriften.4.036.666 en 4.095.329.A further object of the invention is to provide an improved apparatus and technique for growing a plurality of strips or curved strip-shaped bodies from a common melt while avoiding the etching phase as described in U.S. Patents 4,036 .666 and 4,095,329.

Deze en andere voordelen worden bereid met een apparaat dat wordt gebruikt in een systeem voor het gelijktijdig doen aangroeien van een aantal kristallijne lichamen van voorafbepaalde vorm. Het apparaat omvat 20 een capillaire vorm met (a) een gescheiden aantal vormtopdelen welke onderling in een in hoofdzaak plat vlak liggen voor het beschrijven van een in hoofdzaak gesloten meetkundige vorm en (b) capillaire middelen voor het overbrengen van smeltmateriaal naar elk van de top-delen zodat elk lichaam kan aangroeien vanuit deze- van de gescheiden 25 topdelen.These and other advantages are prepared with an apparatus used in a system for simultaneously growing a number of crystalline bodies of predetermined shape. The apparatus comprises a capillary shape with (a) a separated number of mold pieces which lie in a generally flat plane for describing a substantially closed geometric shape and (b) capillary means for transferring melt material to each of the top parts so that each body can grow from this of the separated top parts.

De werkwijze volgens de uitvinding is van het type voor het gelijktijdig doen aangroeien van een aantal lichamen uit kristallijn materiaal, waarbij elk lichaam een gekozen vorm heeft als deel van een gesloten hol lichaam vanuit een even groot aantal gescheiden vormtop-30 delen van de capillaire vorm welke worden aangevuld met smelt uit kristallijn materiaal terwijl deze lichamen vanaf de topdelen aangroeien. De werkwijze omvat de fase van het onderling ebch op enige afstand van elkaar aangroeien van de lichamen in de vorm van een hol lichaam.The method of the invention is of the type for simultaneously growing a plurality of bodies of crystalline material, each body having a selected shape as part of a closed hollow body from an equal number of separate mold tops of the capillary shape which are supplemented with melt of crystalline material as these bodies grow from the top parts. The method includes the phase of mutually growing the bodies in the form of a hollow body some distance apart.

Verdere bijzonderheden van de uitvinding zullen nog worden bespro-35 ken. De uitvinding omvat een proces met verschillende fasen en de verhouding en volgorde van een of meer van dergelijke fasen onderling terwijl 8401600 -5- het apparaat constructies en combinaties van elementen bevat zoals nader zal worden toegelicht.Further details of the invention will still be discussed. The invention includes a multi-stage process and the ratio and sequence of one or more of such phases to each other, while the device contains structures and combinations of elements as will be further explained.

De uitvinding wordt onder verwijzing naar de tekening besproken. Daarin toont: 5 fig. 1 een doorsnede van een uitvoeringsvorm van een smeltkroes en vormstelsel volgens de uitvinding in een warmtehouder; fig. 2 een doorsnede volgens de lijn II-II van fig. 1; fig. 3 op vergrote schaal een gedeeltelijke doorsnede volgens de lijn III-III van fig. 2; 10 fig. 4 een bovenaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 5 een bovenaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van de smeltkroes en de vorm volgens de uitvinding, geplaatst in een warmtehouder ; 15 fig. 6 een doorsnede volgens de lijn VI-VI van fig. 5; fig. 7 een doorsnede óver de lijn VII-VII van fig. 5; fig. 8 een dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding.The invention is discussed with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows a cross-section of an embodiment of a crucible and molding system according to the invention in a heat container; fig. 2 shows a section according to the line II-II of fig. 1; fig. 3 is an enlarged partial section along the line III-III of fig. 2; Fig. 4 is a top view of another embodiment of the invention; Fig. 5 shows a top view of another embodiment of the crucible and the mold according to the invention, placed in a heat container; Fig. 6 shows a section according to the line VI-VI of fig. 5; Fig. 7 is a cross-section over the line VII-VII of Fig. 5; Fig. 8 is a cross section of another embodiment of the invention.

Het smeltkroes- en vormstelsel vervaardigd overeenkomstig de 20 uitvinding kan worden gebruikt bij de produktie van monokristallijne lichamen met een platte, strookvormige configuratie of een gebogen strookvorm welke ook aangeduid kan worden als gekromde stroken. Het materiaal waaruit het smeltkroesvormstelsel is vervaardigd hangt in hoge mate af van het type monokristallijne materiaal dat vanaf de 25 vormtop aangroeit.Bijvoorbeeld voor het doen groeien van silicium kan het smeltkroesvormstelsel, zoals weergegeven zijn vervaardigd uit grafiet, ofschoon ook andere materialen voor tenminste een gedeelte van het stelsel mogelijk: isi Duidelijkheidshalve zal de beschrijving van de uitvinding gericht zijn op het smeltkroesvormstelsel voor het in hoofdzaak doen 30 aangroeien van monokristallijne lichamen uit silicium, ofschoon de uitvinding daartoe niet beperkt is.The crucible and molding system made in accordance with the invention can be used in the production of monocrystalline bodies with a flat, strip-shaped configuration or a curved strip shape which can also be referred to as curved strips. The material from which the crucible molding system is made depends to a large extent on the type of monocrystalline material which grows from the mold top. For example, for growing silicon, the crucible molding system, as shown, may be made of graphite, although other materials may be at least in part of the system is possible. For the sake of clarity, the description of the invention will be directed to the crucible molding system for essentially growing monocrystalline silicon bodies, although the invention is not limited thereto.

Volgens fig. 1-3 bevat het stelsel voor het gelijktijdig doen aangroeien van een aantal lichamen uit silicium bij voorkeur, ofschoon niet noodzakelijk uit een cilindrische warmtehouder 20, bij voorkeur ver-35 vaardigd uit molybdeen of grafiet. De houder 20 is aan het boveneinde open en heeft een bodemwand 22 en een cilindrische zijwand 24. Een ringvormige holte 26 bevindt zich aan de binnenkant van de zijwand 24 8401600 -6- waarvan het doel nog zal worden beschreven.According to FIGS. 1-3, the system for simultaneously growing a plurality of silicon bodies includes, although not necessarily from, a cylindrical heat container 20, preferably made from molybdenum or graphite. The container 20 is open at the top and has a bottom wall 22 and a cylindrical side wall 24. An annular cavity 26 is located on the inside of the side wall 24 8401600-6, the purpose of which will be described later.

Binnen de houder 20 bevindt zich een cilindrische smeltkroes vormstelsel, als geheel aangeduid door 30. Zoals weergegeven, omvat het smeltkroesr en vormstelsel 30 twee gescheiden delen 32 en 34, welke 5 duidelijkheidshalve verder aangeduid zullen worden alsskroes en voering.Within the container 20 is a cylindrical crucible molding assembly, denoted overall by 30. As shown, the crucible and molding assembly 30 includes two separate portions 32 and 34, which will be further referred to as crucible and liner for clarity.

De kroes 32 bestaat uit een enkelvoudig gevormde cilindrische kom met een bodemwand 36 en een cilindrische zijwand 38. De veelhoekige dwars-doorsnedevorm van de kroes en het vormstelsel 30 vormen randen 39 aan het buitenvlak van de wand 38. De randen staan in verbinding met het 10 binnenvlak van de wand 24 van de houder 20 ter vorming van een sluitende passing. De wand 38 heeft een aantal gescheiden topdelen 40 welke langs de omtrek over het stelsel verdeeld zijn en beschrijven een gesloten meetkundige figuur. Elk topgedeelte 40 heeft een schuine rand 42. De kroes 32 is bij voorkeur zodanig bemeten dat deze nauwkeurig past in 15 de houder 20 waarbij de toprand 40 naar boven uitsteekt en vrij is van de tóp van de houder 20.The crucible 32 consists of a single-shaped cylindrical bowl with a bottom wall 36 and a cylindrical side wall 38. The polygonal cross-sectional shape of the crucible and the molding system 30 form edges 39 on the outer surface of the wall 38. The edges communicate with the 10 inner face of the wall 24 of the container 20 to form a snug fit. The wall 38 has a number of separate top portions 40 which are circumferentially distributed over the system and describe a closed geometric figure. Each top portion 40 has a beveled edge 42. The crucible 32 is preferably sized to fit snugly into the container 20 with the top edge 40 protruding upwardly and free from the tip of the container 20.

Het cilindrische buitenvlak 44 van de voering 34 heeft vertikaal gerichte ribben 46 welke passend samenwerken met het binnenvlak van de kroes ter vorming van een fluidumdoorgang 48 tussen het binnenvlak van 20 de cilindrische wand 38 van de kroes 32 en het buitenvlak van het deel 34 tussen naburige ribben 44. Elke doorgang 48 is bemeten in capillaire verhoudingen zodat gesmolten materiaal door capillaire werking op bekende wijze kan worden opgetrokken.The cylindrical outer surface 44 of the liner 34 has vertically oriented ribs 46 which co-operate appropriately with the inner surface of the crucible to form a fluid passage 48 between the inner surface of the cylindrical wall 38 of the crucible 32 and the outer surface of the portion 34 between adjacent ones. ribs 44. Each passage 48 is sized in capillary proportions so that molten material can be drawn up in known manner by capillary action.

De voering heeft eveneens een aantal op afstand aangebrachte 25 delen 50 welke corresponderen met en gelegen zijn tegenover de topdelen 40 van de kroes 32. De topdelen 50 bevinden zich tussen een stel naburige ribben 46 en lopen naar het topeinde 52 taps toe. Een flens 54 is rondom de binnenwand van de voering aangebracht voor het ondersteunen van een warmteschild en een smeltdeksel (niet weergegeven), zoals dit bekend 30 is.The liner also has a plurality of spaced parts 50 which correspond to and are opposite the top parts 40 of the crucible 32. The top parts 50 are located between a pair of adjacent ribs 46 and are tapered towards the top end 52. A flange 54 is provided around the inner wall of the liner to support a heat shield and a melting cover (not shown), as is known.

De kroes 32 en de voering 34 worden concentrisch gehouden en de topdelen 40 en 50 worden over elkaar gehouden door een aantal klinknagels of pinnen 56 welke door geschikte openingen steken ' in de zijwand 38 van de kroes 32 en de voering 34. Zoals weergegeven is een holte 26 in 35 de houder 20 aanwezig nabij de pinnen 56 ter vorming van een vrije ruimte voor het verzamelen van smelt, welke langs een van de pinnen kan lekken.The crucible 32 and the liner 34 are kept concentric and the top portions 40 and 50 are held over each other by a number of rivets or pins 56 protruding through suitable openings in the side wall 38 of the crucible 32 and the liner 34. As shown, a cavity 26 in the container 20 present near the pins 56 to form a free space for collecting melt which may leak along one of the pins.

8401600 -7-8401600 -7-

De tapse of afgeschuinde topeinden 42 en 52 van elk stel tegenover elkaar gelegen topdelen 40 en 50 vormen evenwijdig lopende randen ter vorming van een spleet 58 daartussen van capillaire afmetingen. De topeinden kunnen mesranden zijn dan wel kunnen zij een 5 voorafbepaalde breedte hebben.The tapered or chamfered tip ends 42 and 52 of each set of opposed tip portions 40 and 50 form parallel edges to form a gap 58 of capillary size therebetween. The top ends can be knife edges or they can have a predetermined width.

De randen kunnen in hetzelfde vlak liggen of enigermate verspringen. Zoals blijkt uit fig.1, waarbij de voering 34 op zijn plaats is, staat de bodemrand 60 van de voering juist iets boven.het binnenvlak van de bodemwand 36 van de kroes 32 ter vorming van een doorgang 10 voor de smelt. Eventueel of bovendien kunnen een of meer openingen zijn gevormd in de voering voor het doorlaten van smelt welke dan kan vloeien door elke doorgang 48 en via de capillaire spleet 58.The edges may be in the same plane or slightly offset. As shown in Figure 1, with the liner 34 in place, the bottom edge 60 of the liner is just slightly above the inner surface of the bottom wall 36 of the crucible 32 to form a passage 10 for the melt. Optionally or additionally, one or more openings may be formed in the melt passage liner which may then flow through each passage 48 and through the capillary gap 58.

De doorsnedevorm welke beschreven wordt door de stellen topdelen 40 en 50 kan veelhoekig zijn als weergegeven in fig. 1-3, dan wel 15 cirkelvormig zoals weergegeven in fig. 4, of elke andere gesloten meetkundige figuur, zoals een ovaal. Wanneer het gebruikte stelsel een meerhoekige doorsnede heeft, zoals weergegeven in fig. 1-3, dan zullen de aangegroeide lichamen platte stroken zijn, terwijl wanneer de doorsnede rond is als bij het stelsel 30a volgens fig. 4 worden gekromde 20 stroken gevormd.The cross-sectional shape described by the sets of top portions 40 and 50 may be polygonal as shown in Figures 1-3, or circular as shown in Figure 4, or any other closed geometric figure such as an oval. When the system used has a polygonal cross section, as shown in Figures 1-3, the grown bodies will be flat strips, while when the cross section is round, curved strips are formed in the system 30a of Figure 4.

Het aldus beschreven stelsel is identiek aan dat volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.230.674', met uitzondering van het aantal topdelen (elk gevormd door een stel bovenliggende topdelen 40 en 50 van respectievelijk de smeltkroes en de voering) worden gevormd, waarbij 25 elk stel naburige vormtoppen gescheiden zijn door een spleet 70.The system thus described is identical to that according to U.S. Pat. No. 4,230,674, except for the number of tip portions (each formed by a set of overhead tip portions 40 and 50 of the crucible and liner, respectively), with each set of adjacent mold tops are separated by a slit 70.

Elke spleet is voldoende breed gedimensioneerd en zodanig diep dat een niet voldoende hoeveelheid smelt tussen de topdelen om kristallij-nelichamen gelijktijdig te doen aangroeien doch deze,zullen gescheiden vanaf de vormtop aangroeien. Doelmatige afmetingen welke worden toegepast 30 bij de aangroei van silicium van een stelsel uit grafiet zoals weergegeven bij 30, zijn een vormtop met afgeschuinde delen 40 en 50 elk met een hoogte van ongeveer .*3 mm, een dikte van ongeveer 4,5 mm onder de tapse einden 42 en 52, en een dikte van ongeveer 0,075 mm aaneen toprand van elk einde 42 en 52. De spleet 58 is ongeveer 0,9 mm breed tussen de delen 35 40 en 50 en de spleet 70 is ten minste 0,25 mm breed en ten minste 0,075 mm diep, ofschoon deze afmetingen kunnen variëren.Each slit is dimensioned wide enough and deep enough that an insufficient amount of melt between the top portions to simultaneously grow crystalline bodies, but these will grow separately from the mold top. Appropriate dimensions used in the fouling of silicon of a graphite system as shown at 30 are a mold top with chamfered portions 40 and 50 each having a height of about. * 3 mm, a thickness of about 4.5 mm below the tapered ends 42 and 52, and a thickness of about 0.075 mm together a top edge of each end 42 and 52. The slit 58 is about 0.9 mm wide between the parts 40 and 50 and the slit 70 is at least 0.25 mm wide and at least 0.075 mm deep, although these dimensions may vary.

Tijdens de aangroei van kristallijne lichamen wordt de smeltDuring the growth of crystalline bodies, the melt becomes

v Ov O

in de kroes gebracht bij een temperatuur van ongeveer 30 C boven het 8401600 -8- het smeltpunt van het kristallijne materiaal dat men wil laten groeien. Een entkristal van het kristallijne materiaal wordt in contact gebracht met elk paar vormtopdelen 40 en 50 waardoor voldoende smeltmateriaal in elk van de spleten 58 en de doorgangen 48 aanwezig is. De entkristallen 5 worden vervolgens gelijktijdig uit de vormtop getrokken met een in hoofdzaak constante snelheid, b.v. ongeveer 2,5 cm per minuut. Aangezien de spleten 70 zodanig zijn bemeten dat voorkomen wordt dat voldoende smeltmateriaal zich kan verzamelen tussen het stel topdelen van de be-teffende lichamen zou een gescheiden aangroei plaatsvinden. Terwijl de 10 lichamen worden getrokken geschiedt dit evenwijdig aan elkaar zodat een stelsel in de vorm van een hoLlichaam ontstaat waarvan de doorsnede-vorm gelijk is aan die van het kroes- en vormstelsel. Elk lichaam heeft dus een dwarsdoorsnedeafmeting in overeenstemming met de dwarsdoorsnede-vorm ontstaan door de vormtop en de spleet tussen elk stel vormtopdelen. 15 De lichamen welke zijn aangegroeid vanuit een stelsel met een veelhoekige doorsnede, zoals weergegeven in fig. 1 en 2, resulteert in vlakke stroken en wanneer de aangroei plaatsvindt vanuit een ronde doorsnede-vorm als weergegeven in fig. 4, zullen gekromde stroken ontstaan.placed in the crucible at a temperature of about 30 ° C above the 8401600-8 the melting point of the crystalline material to be grown. A seed crystal of the crystalline material is contacted with each pair of mold heads 40 and 50, whereby sufficient melt material is present in each of the slits 58 and the passages 48. The seed crystals 5 are then simultaneously pulled out of the forming top at a substantially constant speed, e.g. about 2.5 cm per minute. Since the slits 70 are sized to prevent sufficient melting material from collecting between the set of top portions of the living bodies, a separate fouling would occur. As the bodies are pulled, this is done in parallel to each other to form a hollow body system whose sectional shape is similar to that of the crucible and mold system. Thus, each body has a cross-sectional size in accordance with the cross-sectional shape created by the mold top and the gap between each set of mold parts. The bodies grown from a polygonal cross-section system, as shown in Figs. 1 and 2, result in flat strips and when the fouling takes place from a round cross-sectional shape as shown in Fig. 4, curved strips will form.

Het is duidelijk, dat verschillende variaties in de uitvoerings-20 vormen volgens fig. 1 en 4 mogelijk zijn zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.It is clear that different variations in the embodiments according to Figures 1 and 4 are possible without departing from the scope of the invention.

Zoals bijvoorbeeld is weergegeven in fig. 5-7 kan het enkelvoudige gescheiden vormdeel, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.230.674 overeenkomstig de uitvinding worden gewijzigd. Het gewijzigde 25 gescheiden vormdeel 80, weergegeven in fig. 5-7 heeft de vorm van een rechte cilinder met een vlakke bodem 82 en een cilindrische zijwand 84, welke integraal gevormd zijn als één element. Het orgaan 80 kan een gesloten meetkundige figuur vormen zoals de weergegeven veelhoek, dan wel een cirkel of een ovaal.For example, as shown in Figs. 5-7, the single separated molded part described in U.S. Patent 4,230,674 may be modified in accordance with the invention. The modified separate molded part 80 shown in Figs. 5-7 is in the form of a straight cylinder with a flat bottom 82 and a cylindrical side wall 84 integrally formed as one element. The member 80 may form a closed geometric figure such as the polygon shown, or a circle or an oval.

30 De zijwand 84 heeft een buitenvlak zodanig bemeten dat dit nauwkeurig past binnen de houder 20, als weergegeven in fig. 6.The side wall 84 has an outer surface sized to fit snugly within the container 20, as shown in Figure 6.

De top van het orgaan 80 is voorzien van een aantal binnen-topdelen 86 en een corresponderend aantal buitentopdelen 88 tegenover de binnenste topdelen 86 en gescheiden door een spleet 80 van capillaire 35 afmetingen. Sleuven 92 zijn in het onderste gedeelte van de binnenste 8401600 -9- cilinderwand van het orgaan 80 aangebracht. Deze sleuven hebben eveneens capillaire afmetingen en staan in fluidumverbinding met elke spleet 90 zodat de smelt welke zich binnen het orgaan 80 bevindt door de sleuven 92, de spleet 90 en van bovenuit de top van de vorm worden getrokken 5 welke bestaat uit binnenste, respectievelijk buitenste topdelen 86 en 88.The top of the member 80 includes a plurality of inner top portions 86 and a corresponding number of outer top portions 88 opposite the inner top portions 86 and separated by a capillary-sized slit 80. Slots 92 are provided in the lower portion of the inner cylinder wall 8401600-9 of member 80. These slits are also capillary in size and are in fluid communication with each slit 90 so that the melt contained within the member 80 is drawn through the slits 92, the slit 90 and the top of the mold consisting of inner and outer, respectively. top parts 86 and 88.

Zoals fig. 8 toont is het orgaan 80,weergegeven in fig. 5-7 gewijzigd door het weglaten van de bodem van het capillaire vormdeel 100, zodat het cilindrische element aan het bodemeinde open is. Het orgaan 100 past nauwkeurig in de komvormige houder 102 welke bijvoor-10 beeld uit kwarts is vervaardigd en een bodem 104 en een zijwand 106 zodanig, dat de topeinddelen boven de zijwand 106 zijn gelegen en daar vrij van zijn. De houder 102 is op zijn beurt passend opgenomen in de houder 20.As shown in FIG. 8, the member 80 shown in FIGS. 5-7 is modified by omitting the bottom of the capillary molding 100 so that the cylindrical element at the bottom end is open. The member 100 fits snugly into the cup-shaped container 102 which is, for example, made of quartz, and a bottom 104 and a side wall 106 such that the apex portions are located above the side wall 106 and are free therefrom. The holder 102 is in turn suitably received in the holder 20.

Terwijl elke groep van binnentopdelen en buitentopdelen in de 15 tekening zijn weergegeven als integraal samen gevormd, kan elk binnen-en buiten^topdeel van de vorm worden bepaald door het boveneinde van een gescheiden vormdeel, waarbij elk vormdeel in een smeltkroes is gezet zodanig, dat de doorsnede een gesloten hol lichaam vormt. Zoals blijkt uit fig. 8 kan elk vlak wanddeel van het orgaan 100 een gescheiden 20 vormdeel zijn waarbij de afzonderlijke vormdelen zodanig zijn opgesteld en gemonteerd dat eèn veelhoekige vorm ontstaat, zodat de kristallijne lichamen welke vanaf de topdelen aangroeien evenwijdig blijven en tezamen een in hoofdzaak gesloten hol lichaam vormen.While each group of inner top and outer top parts are shown in the drawing as integrally formed together, each inner and outer top part of the mold may be defined by the top end of a separate molded part, each molded part being melted such that the cross section forms a closed hollow body. As shown in Fig. 8, each flat wall portion of the member 100 may be a separate molded part, the individual molded parts being arranged and mounted to form a polygonal shape, so that the crystalline bodies growing from the top parts remain parallel and together form a substantially closed hollow body.

De getoonde stelsels vormen een verbeterde techniek en apparatuur 25 voor het gelijktijdig dogi-gfoeienvaneen in hoofdzaak monokristallijne lichamen uit een gemeenschappelijk smeltbad met de voordelen dat een groot aantal lichamen kan worden, gevormd en gelijktijdig in langsrichting in secties gesneden. Door het gescheiden laten aangroeien van de lichamen kan • het'snijden en de daarmee gepaard gaande problemen worden ondervangen.The systems shown represent an improved technique and equipment for simultaneously dogging substantially monocrystalline bodies from a common molten bath with the advantages that a large number of bodies can be formed and simultaneously sectioned longitudinally. By allowing the bodies to grow separately, • cutting and the associated problems can be obviated.

30 Aangezien wijzigingen in het boven omschreven proces en de inrichting mogelijk zijn zonder buiten het kader van de uitvinding te treden is het duidelijk dat de materie uit de beschrijving en tekening slechts illustratief en niet als beperking moet worden opgevat.Since changes in the above-described process and the device are possible without departing from the scope of the invention, it is clear that the material from the description and drawing should only be considered illustrative and not as a limitation.

84016008401600

Claims

1. Apparatus for use in a system for simultaneously growing a plurality of crystalline bodies, each of a selected shape, which apparatus consists of ·. capillary molding means consisting of (a) an equal number of molded parts separated from one another which are mutually arranged in a plane such that they form a substantially closed geometric figure and (b) capillary means for transferring molten material to each of the molded parts each of said bodies can respectively grow from one of those mold parts.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the closed geometric figure is a circle and the mold parts each form an arc of the circle, so that each crystalline body is a curved strip.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the closed geometric shape is a polygon and the mold parts are arranged such that they each form one side of said polygon, so that each crystalline body is essentially a flat strip.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the capillary means comprise an equal number of notches, each notch being interposed between and separated from the neighboring moldings and sized so that insufficient melt can accumulate in each of the notches and crystalline bodies which grow from neighboring molded parts are mutually separated.

Device according to claim 4, characterized in that each notch 25 is at least about 0.075 mm deep and at least about 0.25 mm wide.

6. Apparatus according to claim 1, characterized in that it contains a crucible for receiving a molding material bath for the mold parts for receiving at least a portion of the capillary molding means so that these capillary means are in fluid communication with the melt which is in the crucible.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the crucible and the capillary shape are designed such that at least part of the capillary shape is an integral part of the crucible and said crucible is an essential part of the capillary shape.

Apparatus according to claim 7, characterized in that (a) a melting crucible is open at its top end, closed at the bottom end and has a side wall defining an inner space for receiving molten material, (b ) shaped moldings each have two parallel top edge surfaces which are separated at some distance by a capillary-sized gap and (c) the side wall of the crucible has an upper end which forms at least one of the top edge surfaces of each of the mold heads.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the capillary molding means has a liner with a side wall, the top end of which forms the other top end face of each of the top parts.

10. Apparatus according to claim 9, characterized in that the crucible and the liner are integrally formed as separate parts.

11. Device as claimed in claim 10, characterized in that the crucible has at least one passage of capillary dimensions which is formed in the side wall of said crucible.

Device according to claim 11, characterized in that the passage has a slot on the inner surface of the side wall of the crucible.

13. Apparatus according to claim 9, characterized in that the crucible and the liner are separate parts and means are provided for fixing the crucible and the liner such that the top edge surfaces on the upper end of the side wall of the crucible until the corresponding top edge surfaces bounded by the top end of the liner form the intended moldings.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the capillary means comprise an equal number of capillary molded parts, each of the capillary molded parts forming the respective molded part at the top end, which capillary molded parts are arranged such that the top parts meant substantially closed geometric 30 describe figure.

15. Method for simultaneously growing a number of bodies of crystalline material, each body having a selected shape as that of a closed hollow body, from which an equal number of separate molded parts of a capillary shape in which the melt melts from crystalline material is replenished as those bodies grow from the top portions, which method includes a phase for causing the bodies to grow in parallel, but spaced apart, to form a substantially closed hollow body. 84 0 1 6 0 0