NL8820214A - Kristalgroei-inrichting. - Google Patents

Description

8820214 VO 1346

Kristalgroei-inrichting.

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een kristalgroeiinrichting en meer in het bijzonder op een inrichting, welke bestemd is voor het groeien van kris-tallijne lichamen overeenkomstig het EFG ("Edge-defined, 5 Film-fed Growth")-proces.

Er zijn verschillende methoden ontwikkeld voor het groeien van kristallijne lichamen uit een smelt. Een van deze methoden is bekend als het EFG ("Edge-defined, Film-fed Growth")-proces. Details van het EFG-proces en van een in-richting voor het groeien van kristallijne lichamen overeenkomstig het EFG-proces vindt men in de Amerikaanse octrooischriften No. 3591348 en 3687633.

In het EFG-proces wordt een capillairvormend stempel-onderdeel in samenwerking gebracht met een smelt van een 15 vloeibaar bronmateriaal, zodanig, dat een groeivlak van het stempelonderdeel door capillaire werking, met een vloeistoffilm van bronmateriaal uit de smelt wordt bevochtigd. Daarna wordt een kristallijn produktlichaam gegroeid door eerst een entkristal in de vloeistoffilm van 20 bronmateriaal te introduceren, zodat de kristalvorm wordt ingeleid, waarna het entkristal van het groeivlak wordt afbewogen met een zodanig gestuurde snelheid, dat de vloeistoffilm van bronmateriaal tussen het groeiende kristallijne lichaam en het groeivlak van het stempel-25 onderdeel aanwezig blijft. Aangezien de vloeistoffilm van bronmateriaal op het groeivlak van de stempel continu door een of meer capillairen van de stempel vanuit de smelt wordt aangevuld, kunnen continue kristallijne lichamen met aanzienlijke afmeting uit de smelt worden 30 gegroeid.

Een gevolg van het EFG proces is dat de dwars-doornsede vorm van het kristallijne produktlichaam wordt bepaald door de vorm van het groeivlak van het stempelonderdeel Door dientengevolge aan het groeivlakstempelonderdeel 35 een geschikte vorm te geven kunnen kristallijne lichamen < 882 0214 -2- worden gegroeid, welke de vorm hebben van een ronde staaf (d.w.z., waarbij het kristallijne lichaam een dwars-doorsnedevorm heeft, welke gelijk is aan die van een massieve cirkel), een vlak lint (d.w.z. waarbij het kristallijne 5 lichaam een dwarsdoorsnedevorm heeft, welke die is van een massieve rechthoek), een holle buis (d.w.z. waarbij het kristallijne lichaam een ringvormige dwarsdoorsnede met een circulaire, elliptische of polygonale configuratie heeft), enz.

10 De uitvinding is gericht op een inrichting, welke bestemd is om buisvormige kristallijne lichamen overeenkomstig het EFG-proces te groeien.

Bestaande inrichtingen voor het groeien van buisvormige kristallijne lichamen volgens het EFG-proces zijn be-15 schreven in de Amerikaanse octrooischriften 4230674, 4440728 en 4544528.

Het is in de praktijk gebleken, dat belangrijke verbeteringen in kristalkwaliteit kunnen worden verkregen indien men de atmosfeer om het groeiende kristallijne 20 lichaam kan regelen. Dit omdat een regeling van de atmosfeer om het groeiende kristallijne lichaam het mogelijk maakt dat schadelijke reactieve gassen uit het gebied, dat het groeiende kristallijne lichaam omgeeft, worden verwijderd, terwijl het mogelijk is inerte gassen, gunstige reactieve 25 gassen en/of gunstige doteergassen aan het gebied, dat het groeiende kristallijne lichaam omgeeft, toe te voeren. Bovendien kan een regeling van de temperatuur van de atmosfeer om het groeiende kristallijne lichaam een juiste regeling van de temperatuur van het groeiende kristallijne 30 lichaam vereenvoudigen.

De Amerikaanse octrooischriften 4415401 en 4443411 en de publikatie "Modeling of Ambient-Meniscus Melt Interactions Associated With Carbon And.. Oxygeb Transport In EFG Of Silicon Ribbon" van J.P. Kalejs en L.Y. Chin, gepubliceerd in Journal of The Electrochemical Society, vol. 129, 35 No.6, juni 1982, geven wijzen aan om de atmosfeer om een 8820214 -3- groeiend kristallijn lichaam te regelen, wanneer dat lichaam uit een vlak lint bestaat. Ongelukkigerwijze zwijgen deze publikaties ten aanzien van de wijze waarop de atmosfeer, welke het groeiende kristallijie lichaam om-5 geeft, moet worden geregeld wanneer dit lichaam de vorm heeft van een holle buis. In dit verband wordt opgemerkt, dat de problemen van het regelen van de atmosfeer om het groeiende kristallijne lichaam aanzienlijk toenemen in het geval van een inrichting, welke bestemd is voor het groeien 10 van holle buizen, aangezien bij een dergelijke inrichting het lichaam van de groeiende holle buis dient om op een doeltreffende wijze de atmosfeer, welke het groeiende kristallijne lichaam omgeeft, te splitsen in een "uitwendig" gebied (d.w.z. het gebied buiten het groeiende kristallijne 15 lichaam) en een "inwendige" gebied (d.w.z. het gebied dat zich binnen het groeiende kristallijne lichaam bevindt), omdat de wanden van het groeiende kristallijne lichaam een directe stroom van gassen tussen de "uitwendige" en "inwendige" gebieden belemmeren en gassen zich slechts tussen de 20 twee zones kunnen bewegen door de enthouder, die aan het verwijderde uiteinde van het holle kristallijne lichaam bevindt, te passeren.

Dientengevolge is een van de oogmerken van de uitvinding het verschaffen van een nieuwe inrichting voor 25 het groeien van buisvormige kristallijne lichamen overeenkomstig het EFG-proces, waarbij de inrichting is voorzien van organen om de atmosfeer om het groeiende kristallijne lichaam te regelen.

Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen 30 van organen om de atmosfeer van het groeiende buisvormige kristallijne lichaam te verkrijgen waarbij de atmosfeer in het gebied, dat zich buiten het groeiende kristallijne lichaam bevindt (d.w.z. het "uitwendige" gebied) onafhankelijk van de atmosfeer in het gebied, dat zich binnen het groeiende 35 kristallijne lichaam bevindt (d.w.z. het "inwendige" gebied) .8820214 -4- kan worden geregeld.

Deze en andere oogmerken worden verkregen doordat is voorzien in een inrichting voor het groeien van buisvormige kristallijne lichamen overeenkomstig het EFG-5 proces, waarbij de inrichting is voorzien van ten minste één buitenkanaal en ten minste één binnenkanaal, welke in het kroes-stempel stelsel daarvan en bijbehorende onder delen zijn gevormd, waardoor gassen, die aan het ten minste ene buitenkanaal worden toegevoerd, zullen worden toegevoerd 10 aan het gebied, dat zich buiten het groeiende kristallijne lichaam bevindt (d.w.z. het "uitwendige" gebied) bij het groeivlak bij het stempelonderdeel, en gassen, welke in het ten minste ene binnenkanaal worden geïntroduceerd, zullen worden toegevoerd aan het gebied, dat zich binnen het holle 15 kristallijne lichaam bevindt (d.w.z. het "inwendige" gebied) bij het groeivlak van het stempelonderdeel, waardoor de atmosfeer in elk van de gebieden afzonderlijk kan worden geregeld.

De hier gebruikte uitdrukking "buis" en "buisvormig" 20 dienen in algemene zin te worden opgevat en omvatten langwerpige holle lichamen met een circulaire, polygonale of een andere - bijvoorbeeld elliptische - dwarsdoorsnede-configuratie.

De uitvinding zal onderstaand nader worden 25 toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een doorsnede van een focusuitvoeringsvorm van een inrichting voorhet groeien van buisvormige kristallijne lichamen volgens het EFG-proces; fig. 2 een bovenaanzicht van het in fig. 1 afge-30 beelde kroes-stempelstelsel; fig. 2A een gedeeltelijke doorsnede van het in de figuren 1 en 2 afgeheelde kroes-stempelstelsel; fig. 3 een bovenaanzicht van het in fig. 1 af-gebeelde inwendige gasstroomspruitstuk; 35 fig. 4 een doorsnede over de lijn IV-IV van fig.3; fig. 5 een bovenaanzicht van het in fig. 1 afgeheelde buitenste gasstroomspuitstuk; en 8820214 -5- fig. 6 een doorsnede beschouwd over de lijn VI-VI van fig. 5.

Wanneer eerst fig. 1 wordt beschouwd, bevindt zich . daarin een inrichting volgens de uitvinding voor het groeien 5 van buisvormige kristallijne lichamen uit een smelt.

Ofschoon niet weergegeven, is het duidelijk, dat de inrichting volgens fig.1 ook is voorzien van bijbehorende onderdelen, zoals verwarmingsspoelen, inwendige en uitwendige naverhit-tingsstelsels, isolatie, enz., zoals men deze normaliter 10 aantreft bij een kristalgroei-oven van het type zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift No. 4440728. Dergelijke bijbehorende inrichtingen zijn weggelaten teneinde een juist begrip van de uitvinding te vereenvoudigen.

De inrichting volgens fig. 1 omvat een groeikamer 15 100 bepaald door een zijwand 105, een bovenste deksel 110 en een kamervoet 115. Het deksel 110 bezit een daarin gevormde centrale opening 120 en de kamervoet 115 is voorzien van een daarin aanwezige centrale opening 125. De opening 120 ligt axiaal op een lijn met de opening 125. De 20 bovenste opening 120 heeft bij voorkeur een vorm, welke beschouwd in bovenaanzicht, identiek is aan de dwarsdoor-snedevorm van het holle kristalijne lichaam, dat in de inrichting wordt gegroeid, zodat het holle kristallijne lichaam, dat uit de smelt treedt, de opening 120 kan 25 passeren en redelijk nauwsluitend past binnen de binnenranden van het deksel 110, welke deze opening 120 bepalen, zoals later meer gedetailleerd zal worden beschreven.

De centrale opening 125 heeft bij voorkeur een vorm, welke, beschouwd in bovenaanzicht, cirkelvormig is. De 30 zijwand 105, het deksel 110 en de kamervoet Ιΐ·5 van de groeikamer zijn zodanig aan elkaar bevestigd, dat zij in de bevestigingspunten daarvan zo luchtdicht mogelijk zijn, waarbij de centrale openingen 120 en 125 de invoer en uit— voer van de groeikamer vormen. De groeikamer 100 bestaat 35 uit materialen, welke de vakman welbekend zijn en welke compatibel zijn met en niet reageren met het materiaal van het holle kristallijne lichaam, dat wordt gegroeid, .8820214 -6- waarbij bijvoorbeeld de zijwand 105 uit kwarts bestaat en het deksel 110 en de voet 115 uit roestvrij staal bestaan, wanneer het groeiende kristallijne lichaam uit silicium bestaat.

5 Een kroes-stempelstelsel 200 is binnen de groei- kamer 100 opgesteld. Wanneer thans naar fig. 1,2 en 2A wordt gekeken, komt het kroes-stempelstelsel 200 overeen met de bekende kroes-stempelstelsel^ doch verschilt daarvan in bepaalde opzichten, welke hierna zullen worden be-10 schreven en gedetailleerd zijn weergegeven. Meer in het bijzonder omvat het kroes- stempelstelsel 200 een centrale kamer 205 voor het opnemen van een smelt 210 van het bronmateriaal, dat moet worden gegroeid, een groei-vlak 215, dat aan de bovenzijde van het kroes-stempelstel-15 sel is gevormd, een capillair 216, welke het groeivlak 215 snijdt, en een aantal capillaire toevoergleuven 220, die in de wanden van het kroes-stempelstelsel zijn gevormd om het groeivlak 215 met een vloeistoffilm van bronmateriaal uit de smelt 210 te bevochtigen.

20 Thans verwijzende naar fig. 2A wordt opgemerkt, dat het groeivlak 215 in wezen bestaat uit een paar eind-vlakken of randen 215' en 215", die door een capillaire opening 216 van elkaar zijn gescheiden. Het is duidelijk dat een vloeibaar bronmateriaal (d.w.z. de "smelt”) via 25 de toevoergleuven 220 en de capillair 216 de capillaire werking naarhet groeivlak 215 wordt getransporteerd.

Van het kroes-stempelstelsel 200 is het groeivlak 215 uitgevoerd als een reeks van zes tegen elkaar stuitende vlakken 215A, 215B, 215C, enz. (zie fig. 2), waardoor een 30 hol buisvormige kristal met hexagonale configuratie zal worden gegroeid. Het kroes-stempelstelsel 200 bezit een paar bovenvlakken, welke ter weerszijden van en iets onder het groeivlak 215 zijn gelegen en buitenste bovenvlak 225 (in werkelijkheid gevormd door zes coplanaire opper-35 vlakken 225A, 225B, 225C,enz.) dat langs het groeivlak 215 buiten het groeivlak is gelegen , en een binnenste 8820214 -7- bovenvlak 230, dat langs het groeivlak 215 binnen het groeivlak is gelegen. Zoals het best uit fig. 1 blijkt, bevinden de bovenvlakken 225 en 230 zich onder het groeivlak 215 doch'boven het boven vlak van de smelt 210.

5 Het kroes-stempelstelsel 200 omvat ook een vlak bodem-oppervlak 235. Het kros-stempelstelsel 200 bestaat uit materialen, welke de vakman welbekend zijn, bijvoorbeeld grafiet.

De bovenstaande kenmerken van het kroes-stempelstel-10 sel 200 worden bekend geacht.Het kroes-stempelstelsel 200 wijkt van de conventionele kroes-stempelstelsels daarin af, dat het is voorzien van een aantal uitwendige vertikale kanalen 240, welke zich uitstrekken tussen het buitenste bovenvlak 225 en het bodemoppervlak 235 van het kroes-15 stempelstelsel, en een aantal inwendige vertikale kanalen 245, welke zich uitstrekken tussen het binnenste bovenvlak 230 en het bodemoppervlak 235.van het kroes-stempelstelsel.

Het kroes-stempelstelsel 200 rust op een binnenste gasspruitstukplaat 300. Wanneer thans de figuren 1, 3 en 4 20 worden bezien, omvat de binnenste gasspruitstukplaat 300 een schijf of plateau met een vlak bovenoppervlak 305 en een vlak onderoppervlak 310. Het inwendige gasspruit-stuk 300 bezit een aantal vertikale kanalen 315, welke zich uitstrekken tussen het bovenvlak 305 en het bodem-25 vlak 310. De vertikale kanalen 315 hebben een zodanige afmeting en zijn zodanig opgesteld, dat zij op een lijn liggen met de uitwendige vertikale kanalen 240, welke in het kroes-stempelstelsel 200 zijn gevormd, wanneer de inwendige gasspruitstukplaat 300 tegen het bodemvlak van het 30 kroes-stempelstelsel wordt gebracht, zoals later meer gedetailleerd zal worden besproken. De inwendige gasspruitstukplaat 300 is ook voorzien van een centrale opening 320, welke zich tussen het bovenvlak 305 van de bodemplaat en het bodemvlak 300 daarvan uitstrekt.In het bovenvlak 305 35 van de plaat 300 is een aantal oppervlaktegroeven 325 gevormd. De oppervlaktegroeven 325 staan in verbinding met ,0820214 -8- de centrale opening 320 van de plaat en zijn straalsgewijze naar buiten gericht zodat zij in verbinding staan met een hexagonaalvormige oppervlaktegroef 330, welke eveneens in het bovenvlak 305 van de plaat is gevormd.De hexagonale 5 oppervlaktegroef 330 heeft een zodanige afmeting en is zodanig gelegen dat deze op ëën lijn met de binnenste verti-kale kanalen 245, welke in het kroes-stempelstelsel 200 zijn gevormd, kan worden gecentreerd wanneer de inwendige gas-spruitstuk 300 tegen het bodemvlak van het kroes-10 stempelstelsel wordt geplaatst, zoals later meer gedetailleerd zal worden besproken. De inwendige gasspruitstukplaat bestaat uit op zichzelf bekende materialen bijvoorbeeld grafiet.

De inwendige gasspruitstukplaat 300 rust op zijn 15 beurt op een uitwendige gassspruitstuk 400.Wanneer thans de figuren 1,5 en 6 worden bezien, omvat de uitwendige gasspruitstukplaat 400 een schijf of plateau met een vlak bovenoppervlak 405 en een vlak bodemoppervlak 410. De uitwendige gasspruitstukplaat 400 bezit een centrale opening 420, 20 welke zich uitstrekt tussen het bovenvlak 405 en het bodemvlak 410 van de plaat.In het bovenvlak 425 van de plaat 400 is een aantal oppervlaktegroeven 425 gevormd. De opper-vlaktegroeven 425 staan in verbinding met de centrale opening 420 van de plaat en zijn straalsgewijze naar buiten 25 gericht teneinde in verbinding te staan met een cirkelvormige oppervlaktegroef 430, welke eveneens in het bovenvlak 405 van de plaat is gevormd.De cirkelvormige oppervlaktegroef 430 heeft een zodanige afmeting en is zodanig gelegen, dat deze met de vertikale kanalen 315, 30 die in de inwendige gasspruitstukplaat 300 zijn gevormd, kan worden gecentreerd wanneer de uitwendige gasspruitstukplaat 400 tegen het bodemvlak van de inwendige gas-spruitstuk-plaat 300 wordt geplaatst, zoals later meer gedetailleerd zal worden beschreven. De uitwendige gasspruitstukplaat 400 be-op 35 siaatuit zxchzelf bekende materialen,bijvoorbeeld grafiet.

«8820214 -9-

Het kroes-stempelstelsel 200, de inwendige gas-spruitstukplaat 300 en de uitwendige gasspruitstukplaat 400 worden tezamen gemonteerd op de wijze, welke is aangegeven in fig. 1 en waarbij het bovenvlak 305 van de inwen-5 dige gasspruitstuk 300 tegen het bodemvlak 235 van het kroes-stempelstelsel 200 rust en waarbij de vertikale kanalen 315 van de inwendige gasspruitstukplaat op ëën lijn liggen met de uitwendige vertikale kanalen 240 van het kroes-stempel-stelsel, en met de oppervlaktegroeven 325 van het inwendige 10 gas-spruitstukplaat bij het bodemvlak 235 van het kroes-stempelstelsel, waardoor het bodemvlak 235 een bovenwand voor de oppervlaktegroeven 325 vormt, en met de oppervlaktegroeven 325 van de inwendige gasspruitstukplaat, welke in verbinding staan met de inwendige vertikale kanalen 245, 15 die in het kroes-stempelstelsel zijn gevormd. Daarnaast wordt het bovenvlak 405 van de uitwendige gasspruitstukplaat 400 tegen het bodemvlak 310 van de inwendige gasspruitstukplaat 300 geplaatst en wel zodanig, dat de centrale opening 420 van de uitwendige gasspruitstukplaat axiaal 20 op ëën lijn ligt met de centrale opening 320 van de inwendige gasspruitstukplaat, en zodanig, dat de oppervlaktegroeven 425 van de uitwendige gasspruitstukplaat tegen het bodemvlak 310 van de inwendige gasspruitstukplaat zijn gelegen, waardoor het bodemvlak 310 een bovenwand voor de opper-25 vlaktegroeven 425 vormt, en zodanig , dat de oppervlaktegroeven 425 van de uitwendige gasspruitstukplaat in verbinding staat met de vertikale kanalen 315, die in de inwendige gasspruitstukplaat zijn gevormd.Zoals uit fig. 1 blijkt, worden het kroes-stempelstelsel 200, de inwen-30 dige gasspruitstukplaat 300 en de uitwendige gasspruitstukplaat 400 in de groeikamer 100 ondersteund door een aantal stijlen 475, welke zich tussen de voet 115 en de uitwendige gasspruitstukplaat 400 uitstrekken.

Wanneer nog steeds fig. 1 wordt beschouwd dan is 35 een inwendige gastoevoerbuis 500 zodanig aan de inwendige 8820214 -10- gas-spruitstukplaat 300 bevestigd zodat het boveneind 505 van de toevoerbuis een luchtdichte passing vormt met de wanden van het spruitstuk, welke de centrale opening 320 van het spruitstuk bepalen. De inwendige gastoevoerbuis 500 is 5 bevestigd qp de iniigJ. aangegeven wijze zodanig aan de inwendige gasspruitstukplaat 300,dat het inwendige van de toevoerbuis in verbinding staat met de radiale oppervlaktegroeven 325, die in de inwendige spruitstukplaat 300 is gevormd, waardoor gassen die aan het ondereind 510 van de toevoer-10 buis worden toegevoerd, zich eerst in de oppervlaktegroeven 325, die in de inwendige gassspruitstukplaat zijn gevormd, en daarna in de inwendige vertikale kanalen 245, die in het kroes-stempelstelsel 200 zijn gevormd, zullen bewegen.

De inwendige gastoevoerbuis 500 bestaat uit op zichzelf 15 bekende materialen bijvoorbeeld grafiet.

Een buitenste gastoevoerbuis 600 is concentrisch om de inwendige gastoevoerbuis 500 opgesteld en zodanig aan de uitwendige gasspruitstukplaat 400 bevestigd, dat het boveneinde 605 van de uitwendige gastoevoerbuis een luchtdichte 20 passing vormt met de wanden van het spruitstuk, welke de centrale opening 420 van het spruitstuk bepalen. Deze constructie leidt tot het ontstaan van een kamer 607 tussen de concentrische wanden van de inwendige en uitwendige gastoevoerbuizen. De uitwendige gastoevoerbuis 600 is op de in 25 fig. 1 aangegeven wijze zodanig aan de uitwendige spruitstukplaat 400 bevestigd, dat de bovengenoemde binnenste kamer 607 in verbinding staat met de radiale oppervlaktegroeven 425, die in de uitwendige gasspruitstukplaat 400 is gevormd, waardoor gassen, die aan het ondereind 610 van de toevoer-30 buis worden toegevoerd, eerst in de oppervlaktegroeven 425, die in de uitwendige gasspruitstukplaat zijn gevormd, via de vertikale kanalen 315, die in de inwendige gasspruitstukplaat 300 zijn gevormd, en daarna in de uitwendige vertikale kanalen 240, die in het kroes-stempelstelsel 200 35 zijn gevormd, zullen stromen. De uitwendige gastoevoerbuis 600 bestaat uit op zichzelf bekende materialen bijvoorbeeld grafiet.

,8820214 -11-

Wanneer nog steeds fig. 1 wordt beschouwd, strekken de onderste uiteinden van de inwendige gastoevoerbuis 500 en de uitwendige gastoevoerbuis 600 zich naar beneden door de centrale bodemopening 125, die in de voet 115 is gevormd, 5 uit en maken contact met een gasfitting 700. De gasfitting 700 is om de centrale bodemopening 125 aangebracht en vormt met de voet 115 een luchtdichte passing. De gasfitting 700 is voorzien van een centrale opening 705, een eerste binnenwand 710, een tweede binnenwand 715, een eerste poort 720, 10 een tweede poort 725 en een derde poort 730. De inwendige gastoevoerbuis 500 is zodanig aan de gasfitting 700 bevestigd, dat het tweede uiteinde 510 van de buis een luchtdichte passing vormt met een O-ring afdichting 735, welke is ondergebracht in een groef in de eerste wand 710, waar-15 door gassen, welke aan de eerste poort 720 van de fitting worden toegevoerd, naar het inwendige van de binnenste gastoevoerbuis 500 zullen worden gericht. De uitwendige gastoevoerbuis 600 is zodanig aan de gasfitting 700 bevestigd, dat het tweede uiteinde 610 van de buis een luchtdichte 20 passing vormt met een O-ring afdichting 740, welke is ondergebracht in een groef in de tweede wand 715, waardoor gassen, welke aan de tweede poort 725 van de fitting worden toegevoerd, naar de kamer 607, die tussen de concentrische binnenste en buitenste gastoevoerbuizen wordt gevormd, 25 zullen worden gericht. Tengevolge van het feit, dat de buitenafmeting van de uitwendige gastoevoerbuis 600 niet kleiner is dan de afmeting van de centrale bodemopening 125 van de voet 115 en tevens kleiner is dan de breedte van de centrale opening 705 van de gasfitting, zullen 30 gassen, die aan de derde poort 730 van de fitting worden toegevoerd, naar het inwendige van de groeikamer 100 worden gericht, doch buiten de buitenste gastoevoerbuis 600 en het kroes-stempelstelsel 200 worden gehouden. De gasfitting 700 bestaat uit een op zichzelf bekende materialen 35 bijvoorbeeld roestvrij staal.

.8820214 -12-

Wanneer nog steeds fig. 1 wordt beschouwd, omvat de inrichting· volgens de uitvinding het groeien van buisvormige kristallijne lichamen uit een smelt ook gasricht-organen 800 die om het bovenste uiteinde van het kroes-5 stempelstelsel 200 zijn opgesteld. Meer in het bijzonder omvattende gasrichtorganen 800 een buitenste gasafbuig-orgaan 805, dat zich op het buitenste bovenvlak 225 van • het kroes-stempelstelsel bevindt en gassen, welke uit de bovenzijde van de buitenste vertikale kanalen 240 uittreden, 10 naar het groeivlak 215 van het kroes-stempelstelsel richten, en een binnenste gasafbuigorgaan 810, dat op het binnenste bovenvlak 230 van het kroes-stempelstelsel rust en gassen, welke uit de bovenzijde van de inwendige vertikale kanalen 245 uittreden, naar het groeivlak 215 van 15 het kroes- stempelstelsel richt. De buitenste gasafbuigorgaan 805 en het binnenste gasafbuigorgaan 810 bestaan uit op zichzelf bekende materialen, bijvoorbeeld grafiet.

Ten gevolge van de bovenstaande opbouw zullen wanneer een hol kristallijn lichaam 900 uit een smelt 210 20 volgens het EFG-proces op bekende wijze worden gegroeid, gassen, welke aan een eerste poort 720 van de gasfitting 700 worden toegevoerd, zich langs het inwendige van de binnenste gastoevoerbuis 500, langs de oppervlaktegroeven 325, die in de binnenste gasspruitstukplaat 300 zijn ge-25 vormd, in de binnenste vertikale kanalen 245, die in het kroes-stempelstelsel 200 zijn gevormd, stromen en daarna door het inwendige gasafbuigorgaan 810, naar het binnen-oppervlak van het holle kristallijne lichaam, dat uit het stempelgroeivlak 215 uittreedt, worden afgebogen.

30 Tegelijkertijd zullen gassen, die aan de tweede poort 725 van de gasfitting 700 worden toegevoerd, langs de kamer 607, welke is gevormd tussen de concentrische gastoevoerbuizen 500 en 600, langs de oppervlaktegroeven 425, die in de buitenste gasspruitstukplaat 400 zijn gevormd, 35 in vertikale kanalen 315, die in de inwendige gasspruitstuk- .8820214 -13- plaat 300 zijn gevormd, langs buitenste vertikale kanalen 240, die in het kroes-stempelstelsel 200 zijn gevormd, vloeien en daarna door het uitwendige gasafbuigorgaan 805 tegen het buitenoppervlak van het holle kristallijne 5 lichaam, dat uit het groeivlak 215 van de stempel uittreedt, worden afgebogen. Tenslotte zullen gassen, die aan de derde poort 730 van de gasfitting 700 worden toegevoerd, zich via de centrale bodemopening 125, die in de voet 115 van de kamer is gevormd in de groeikamer 100 bewegen.

10 Het is duidelijk, dat aangezien de bovenste cen trale opening 120 van het deksel 110 van de groeikamer een zodanige afmeting heeft, dat dit iets groter is dan het kristallijne lichaam, dat uit de smelt uittreedt, gassen die aan de groeikamer 100 via de tweede poort 725 en 15 de derde poort 730 van de gasfitting worden toegevoerd, uit de groeikamer kunnen ontsnappen door zich door de kleine spleet, welke aanwezig is tussen het uittredende kristallijne lichaam 900 en het deksel 110, te bewegen.

Het is voorts duidelijk, dat gezien de enthouder 905, welke 20 aan de bovenzijde van het uittredende holle kristallijne lichaam 900 aanwezig is, niet luchtdicht is, gassen, welke aan het inwendige van het groeiende kristallijne lichaam 900 via de eerste poort 720 worden toegevoerd, vanuit het inwendige van het uittredende holle kristallijne lichaam 25 via de enthouder 905 kunnen ontsnappen. Bij wijze van voorbeeld wordt aangenomen, dat een hexagonale silicium-buis met een diameter van 8 cm moet worden gegroeid met een snelheid van 2,5 cm per minuut onder gebruik van de bovenbeschreven inrichting, en het inerte gas argon aan 30 de groeikamer 100 via de poorten 720, 725 en 730 moet worden toegevoerd om de groeizone te reinigen van eventuele reactieve gassen welke aanwezig kunnen zijn. In dit geval kan de poort 720 worden gebruikt om argon toe te voeren aan het gebied, dat zich binnen het groeiende kristal-35 lijne lichaam bevindt (d.w.z. het "inwendige" gebied), waarbij het argon wordt toegevoerd bij een temperatuur van bij benadering 30°C en een snelheid van bij benadering « 882 02 14 3 -14- 12000 cm per minuut; de poort 725 kan worden gebruikt voor het toevoeren van argon aan het gebied, dat buiten het groeiende kristallijne lichaam is gelegen (d.w.z. het "uitwendige" gebied), waarbij het argon wordt toegevoerd 5 bij een temperatuur van bij benadering 30°C en een snelheid 3 . .

van bij benadering 12000 cm per minuut; en waarbij de poort 730 kan worden gebruikt voor het toevoeren van argon aan de groeikamer 100, waar het gas wordt toegevoerd bij een temperatuur van bij benadering 30°C, en een snelheid 3 10 van bij benadering 16000 cm per minuut. De temperatuur van het groeivlak van de stempel wordt tijdens het groeiproces op een temperatuur tussen ongeveer 1410 en 1450°C gehouden. Het buisvormige kristallijne produkt heeft een wanddikte van ongeveer 0,4 mm en de samenstelling omvat in 15 wezen silicium.

Ofschoon in het bovenstaande voorbeeld inert argon-gas is genoemd als een gas, dat aan de poorten 720 en 725 wordt toegevoerd om het groeigebied te reinigen van eventuele schadelijke gassen, welke aanwezig kunnen zijn, 20 en inert argongas is genoemd als het gas, dat aan de poorten 730 wordt toegevoerd om een inerte atmosfeer in de groeikamer 100 te verschaffen, kunnen gunstige reactieve gassen, zoals zuurstof, koolmonoxyde, kooldioxyde, methaan enz. aan een of beide van de poorten 720 en 725 25 worden toegevoerd teneinde deze gassen aan de groeizone te voeren, of aan de poort 730, teneinde de gassen aan de groeizone toe te voeren, of aan de poort 730 teneinde de gassen aan de groeikamer 100 toe te voeren, ofwel kunnen gunstige doteergassen zoals boorfluoride, fosfine, enz.

30 aan een of beide poorten 27 en 725 worden toegevoerd, teneinde gassen toe te voren aan de groeizone, of de poort 730 teneinde de gassen aan de groeikamer 100 toe te voeren.

Het is natuurlijk mogelijk de bovenbeschreven inrichting te wijzigen. Zo kan bijvoorbeeld het kroes- stempel-35 stelsel 200 zodanig worden uitgevoerd, dat dit meer of minder dan 6 tegen elkaar stuitende stempelvlakken 215A,215B,215C enz. en de zes coplanaire buitenvlakken 225A,225B,225C, .S820214 -15- enz. als bovenbeschreven, bezit, waardoor een kristallijn lichaam met een andere dwarsdoorsnedevorm kan worden gegroeid, waarbij bijvoorbeeld het kroes-stempelstel-sel 200 zodanig kan zijn uitgevoerd, dat dit negen tegen 5 elkaar stuitende stempelvlakken 215A, 215B, 215C, enz. en . negen coplanaire vlakken 225A,225B,225C, enz. bezit, waardoor kristallijne lichamen nonagonale dwarsdoorsnede kunnen worden gegroeid.

Bij de bovenbeschreven inrichting strekken de ver-10 tikale kanalen 240 en 245, welke de aan de poorten 720 resp. 725 toegevoerde gassen voeren zich over de volle hoogte van het kroes-stempelstelsel 200 uit, voordat ze uitkomen bij de vlakken 225 en 230. Een dergelijke constructie is in het algemeen gewenst, aangezien het hier-15 door mogelijk is dat de gassen, welke zich door de kanalen 240 en 245 bewegen, de warmte van de smelt opnemen, en een spreiding van de gassen bij de groeizone op dezelfde temperatuur van de smelt wordt vereenvoudigd. Onder bepaalde omstandigheden kan het mogelijk zijn, dat men de gassen 20 bij een andere temperatuur dan die van de smelt wenst te spreiden. In dit geval kan men een isolatielaag om de kanalen 240 en 245 aanbrengen om de gassen, welke zich door deze kanalen bewegen, ten opzichte van de temperatuur van de smelt te isoleren of men kan zelfs de opstelling 25 van de kanalen 240 en 245 zodanig wijzigen, dat deze zich horizontaal door het kroes-stempelstelsel evenwijdig aan de vlakken 225 en 230 uitstrekken; een dergelijke constructie reduceert de blootstelling van de gassen welke zich door deze kanalen bewegen, aan de warmte van de kroes, 30 ofschoon het dan nodig is de hier beschreven organen, welke worden gebruikt om de gassen vanuit de inlaat-poorten 720 en 725 naar de kanalen 240 en 245 te transporteren, te vervangen door andere organen.

Een van de voordelen van het gebruik van de uitvin-35 ding is, dat de inrichting volgens de uitvinding voor het groeien van buisvormige kristallijne lichamen is voorzien .8820214 -16- van organen om de temperatuur om het groeiende kristallijne lichaam te regelen. Dientengevolge kunnen schadelijke reactieve gassen uit het gebied, dat het groeiende kris-tallijne lichaam omgeeft worden verwijderd en kunnen inerte 5 gassen, gunstige reactieve gassen en/of gunstige doteer-gassen aan het gebied, dat het groeiende kristallijne lichaam omgeeft, worden toegevoerd. Bovendien kan door het regelen van de temperatuur van de atmosfeer om het groeiende kristallijne lichaam een juiste regeling 10 van de temperatuur van het groeiende kristallijne lichaam worden vereenvoudigd.

Een ander voordeel van de uitvinding is, dat organen aanwezig zijn om de atmosfeer om het groeiende buisvormige kristallijne lichaam te regelen, waarbij de atmos-15 feer in het gebied, dat zich buiten het groeiende kristallijne lichaam bevindt (d.w.z. het "uitwendige" gebied) onafhankelijk van de atmosfeer in het gebied, dat zich binnen het groeiende kristallijne lichaam bevindt (d.w.z. het "inwendige" gebied) kan worden geregeld. Dientengevolge 20 kan de buitenzijde van het kristallijne produktlichaam aan andere groeiomstandigheden worden onderworpen dan het inwendige van het kristallijne produktlichaam indien dit gewenst is.

Een ander voordeel van de uitvinding is, dat aange-25 zien de uitwendige vertikale kanalen 240 en de inwendige vertikale kanalen 245 zich over de volle hoogte van het kroes-stempelstelsel uitstrekken voordat ze uitkomen bij het groei-vlak van het proef-stempelstelsel, gassen, die via deze kanalen naar het groeivlak opwaarts stromen, de gelegen-30 heid hebben om temperaturen te bereiken, welke zeer dicht zijn gelegen bij die van de smelt.

.8820214

Claims (13)

1. Inrichting ten gebruike bij een stelsel voor het groeien van holle kristallijne lichamen met een gekozen dwarsdoorsnedevorm uit een smelt, gekenmerkt door een kroes-stempelstelsel, welke kroes- stempelstelsel is voorzien van 5 een kamer voor het onderbrengen van een vloeibaar bronmateriaal, een groeivlak voor het ondersteunen van een vloeistoffilm van bronmateriaal bij een entkristal ten gebruike bij de kristalvorming, en ten minste één capillair om het groeivlak met de vloeistoffilm van bronmateriaal 10 uit de smelt de capillaire werking te bevochtigen, waarbij het groeivlak, beschouwd in bovenaanzicht, een ringvormige configuratie heeft, voorzien van een binnenwand en een buitenwand, waardoor een hol buisvormig lichaam uit een smelts film op het groeivlak kan worden gegroeid, eerste poortorga-15 nen om een eerste gastoevoerpoort op een afstand van het kroes-stempelstelsel te bepalen, tweede poortorganen om een tweede gastoevoerpoort op een afstand van het kroes-stempelstelsel te bepalen, eerste kanaalorganen om gassen, welke aan de eerste poortorganen zijn toegevoerd, aan het 20 kroes-stempelstelsel bij de binnenwand van het groeivlak toe te voeren, en tweede kanaalorganen om gassen, welke aan de tweede poortorganen worden toegevoerd aan het kroes-stempelstelsel bij de buitenwand toe te voegen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat 25 eerste en tweede kanaalorganen integraal met het kroes- stempelstelsel zijn gevormd.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de eerste kanaalorganen zijn voorzien van ten minste één kanaal, dat in het kroes-stempelstelsel is gevormd, 30 en tweede kanaalorganen zijn voorzien van ten minste één kanaal, dat in het kroes-stempelstelsel is gevormd.

4. Inrichting volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat het kroes-stempelstelsel is voorzien van een binnen-oppervlak bij doch gescheiden van de binnenrand, een 35 buitenoppervlak bij doch gescheiden van de buitenrand, » 8820214 -18- en een bodemvlak, waarbij verder de eerste kanaalorganen zijn voorzien van ten minste één kanaal, dat zich tussen het binnenoppervlak en het bodemvlak uitstrekt en de tweede kanaalorganen zijn voorzien van ten minste één kanaal, dat 5 zich tussen het buitenoppervlak en het bodemvlak uitstrekt.

5. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de eerste kanaalorganen gescheiden van en zonder verbinding met de tweede kanaalorganen zijn gevormd.

6. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, 10 dat de eerste kanaalorganen gescheiden van en zonder verbinding met de tweede kanaalorganen zijn gevormd.

7. Werkwijze voor het groeien van een hol kristallijn lichaam met een gekozen dwarsdoorsnedevorm uit een smelt volgens het EFG-proces, waarbij gebruik wordt gemaakt van 15 een inrichting voorzien van een kroes-stempelstelsel, welke kroes-stempelstelsel is voorzien van een kamer voor het onderbrengen van een hoeveelheid vloeibaar bronmateriaal, een groeivlak voor het ondersteunen van een vloeistoffilm van bronmateriaal bij een entkristal ten gebruike bij de 20 kristalvorming en tenminste één capillair om het groeivlak met de vloeistoffilm van bronmateriaal uit de smelt door capillaire werking te bevochtigen, welk groeivlak, beschouwd in bovenaanzicht, een ringvormige configuratie heeft welke wordt bepaald door een binnenrand en een buitenrand, waar-25 door een hol buisvormig lichaam uit een smeltfilm op het groeivlak kan worden gegroeid, eerste poortorganen om een eerste gasinlaatpoort op een afstand van het kroes-stempelstelsel te bepalen, tweede poortorganen om een tweede gasinlaatpoort op een afstand van het kroes- stempelstelsel 30 te bepalen, eerste kanaalorganen om gassen welke aan de eerste poortorganen worden toegevoerd, aan het kroes-stempelstelsel bij de binnenwand van het groeivlak toe te voeren, en tweede kanaalorganen om gassen, welke aan de tweede poort worden toegevoerd, aan het kroes-stempelstelsel bij de buitenrand 35 toe te voeren, met het kenmerk, dat een eerste gas aan de eerste poortorganen wordt toegevoerd, zodat het eerste gas aan het . 8820214 -19- kroes-stempelstelsel bij de binnenrand van het groeivlak wordt toegevoerd/ en een tweede gas aan de tweede poort-organen wordt toegevoerd, zodat het tweede gas aan het 5 kroes-stempelstelsel bij de buitenrand van het groeivlak zal worden toegevoerd.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de eerste kanaalorganen gescheiden van en zonder verbinding met de tweede kanaalorganen worden gevormd.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het eerste gas en/of het tweede gas een inert gas omvat, dat dient om het groeiende kristallijne lichaam te beschermen ten opzichte van andere schadelijke gassen, welke in het gebied om het groeiende kristallijne lichaam 15 aanwezig kunnen zijn.

10. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het eerste gas- en/of het tweede gas een reactief gas omvatten, dat de samenstelling van het groeiende kristallijne lichaam wijzigt wanneer dit lichaam uit het 20 groeivlak uittreedt.

11. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het eerste gas en/of het tweede gas een doteergas omvat dat aan het groeiende kristallijne lichaam wanneer dit lichaam uit het groeivlak uittreedt, een doteermiddel zullen toevoe- 25 ren.

12. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het eerste gas een eerste reactief gas omvat, dat de samenstelling van het groeiende kristallijne lichaam wijzigt wanneer dit lichaam uit het groeivlak uittreedt en een 30 tweede gas een tweede reactief gas omvat dat de samenstelling van het groeiende kristallijne lichaam wijzigt wanneer dit lichaam uit het groeivlak uittreedt.

13. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het eerste gas een eerste doteergas omvat, dat aan het 35 groeiende kristallijne lichaam wanneer dit lichaam uit het • 882 0214 -20- groeivlak uittreedt/ een eerste doteermiddel toevoert, en het tweede gas een tweede doteergas omvat, dat aan het groeiende kristallijne lichaam wanneer dit lichaam uit het groeivlak uittreedt een tweede doteermiddel toevoert. ,8820214