DE3231090A1 - Verfahren und apparatur zum ziehen eines kristallkoerpers aus einer schmelze - Google Patents

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U.S.A.

Verfahren und Apparatur zum Ziehen eines Kristallkörpers aus einer Schmelze

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Apparatur zum Ziehen von Kristallkörpern, insbesondere länglichen Kristallkörpern, aus einer Schmelze von Materialien wie beispielsweise Silizium, Germanium, Granat, Saphir und dergleichen; insbesondere eignet sich die Erfindung zur Anwendung beim Ziehen von Siliziumbändern für die Herstellung von Solarzellen-Photoelementen.

Zum Ziehen von Kristallkörpern sind heute verschiedene Verfahren bekannt. Ein Verfahren, das das Ziehen von Kristallkörpern mit unterschiedlichsten Querschnittskonfigurationen mit ausgezeichneter Abmessungskontrolle über große Ziehlängen gestattet, ist das sogenannte EFG-Verfahren ("Edge-Defined Film Fed Growth"-Verfahren = Ziehen aus.einem nachgefüllten, randkantenbegrenzten Schmelzefilm), wie es in den U.S. Patentschriften 3,591,348, 3,687,633, 3,953,174 und 4,118,197 beschrieben ist. Bei dem EFG-Verfahren wird Schmelze aus einer (üblicherweise in einem Schmelztiegel enthaltenen) Vorratsschmelze durch ein benetzbares Kapillarformgebungsteil an die Kristall-Wachstumsgrenzfläche unmittelbar oberhalb der Oberseite des Formgebungsteils zugeführt, wobei die Form des resultierenden Kristallkörpers durch

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die Form des Wachstumsmeniskus bestimmt wird, der seinerseits durch den Umfang der Formgebungsteil-Oberseite gegeben ist. Wesentlich bei diesem EFG-Verfahren ist das Ziehen eines Kristallkörpers aus einer Schmelze unter Verwendung eines Formgebungsteils in der Ziehzone.

Das EFG-Verfahren wurde zum Ziehen von Kristallen aus Werkstoffen wie beispielsweise Silizium, Germanium, Granat, Saphir und dergleichen angewandt oder in Betracht gezogen. Da jedoch das Ziehen von Silizium für die Herstellung von Solarzellen-Photoelementen große Bedeutung gewonnen hat und gleichzeitig beim Ziehen von Silizium die meisten mit Kristallziehverfahren verbundenen ernsthaften Probleme auftreten, werden im folgenden das Verfahren und die Apparatur gemäß der Erfindung für den Fall des Ziehens von Siliziumkristallen beschrieben.

Das Ziehwachstum von Silizium zur Verwendung bei der Herstellung von Solarzellen wird durch den Umstand kompliziert, daß das Vorliegen kristallographischer Defekte und gewisser Verunreinigungen in dem Silizium den Wirkungsgrad der Solarzelle beeinträchtigen. Das Vorliegen von Kohlenstoff- und Sauerstoffverunreinigungen in unter Verwendung eines Formgebungsteils gezogenen Siliziumkristallen ist bekannt.

Wie bei den Czochralski- oder dendritischen Siliziumziehverfahren aus der Schmelze darf angenommen werden, daß auch in nach dem EFG-Verfahren gezogenen Siliziumbändern der Kohlenstoff- und Sauerstoffpegel in dem Kristallmaterial sowohl durch die Art des verwendeten Schmelztiegels als auch durch die Zusammensetzung der mit der Schmelze

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in Kontakt befindlichen ümgebungsgase beeinflußt wird. Jedoch müssen für das EFG-Verfahren bedeutsame Unterscheidungen angebracht werden, wodurch die Parallelen begrenzt werden, welche beim Vergleich der Verfahren, nach welchen Kohlenstoff und Sauerstoff stationäre Konzentrationen in dem Kristallkörpererzeugnis erreichen, gezogen werden können. Dies rührt zum Teil von der Trennung bzw. Isolierung der in dem Schmelztiegel befindlichen Hauptschmelze einerseits und der Schmelze vor der (durch den Meniskus an der Oberseite des EFG-Formgebungsteils begrenzten) Wachstumsgrenzfläche, welche durch die geometrische Konfiguration des Formgebungsteils bestimmt ist, andererseits her; und teils von den relativ hohen EFG-Ziehgeschwindigkeiten. Infolge der Trennung der Haupt-Vorratsschmelze und des Meniskus in der Ziehzone können zwischen ihnen unter typischen Ziehbedingungen Temperaturunterschiede von nicht weniger als 5O-1OO°C herrschen, mit der Folge, daß der das Vorliegen von Sauerstoff und Silizium in nach dem EFG-Verfahren gezogenen Kristallen kontrollierende Mechanismus nicht genau der gleiche wie in dem Czochralski-Verfahren ist. Die Auswirkung von Kohlenstoff- und Sauerstoffverunreinigungen ist nicht mit Bestimmtheit bekannt, jedoch wurden sowohl negative als auch positive Einflüsse dieser Verunreinigungen auf die Qualität von Halbleitersiliziumbandmaterial angenommen .

Es ist bekannt, daß das Vorliegen von ausgefälltem Kohlenstoff in Silizium eine Erhöhung des Leckstroms ohne merkliche Änderung in den dem Durchlaß- oder Leitungszustand entsprechenden Kenngrößen bewirkt (vgl. N. Akiyama et al, "Lowering of Breakdown Voltage of Semiconductor Silicon

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Due to the Precipitation of Impurity Carbon", Appl. Physics Lett., Vol. 22, No. 12, pp. 630-631, 15. Juni 1973).

Anderweitige Verunreinigungen, die in nach dem EFG-Verfahren hergestellten Siliziumkörpern als Gelöstes auftreten und von welchen sich ergeben hat, daß sie die elektronischen Eigenschaften von Silizium beeinträchtigen, sind Eisen, Titan, Zirkon, Molybdän, Aluminium, Mangan und Kupfer. Siliziumkarbid tritt ebenfalls als eine Einschließung in dem Erzeugnis auf. Diese zusätzlichen Verunreinigungen können sich, wie Kohlenstoff und Sauerstoff, von den E'ormgebungs teilen, Schmelztiegeln, zugeordneten Wärmesteuerungs- und -kontrollteilen wie beispielsweise Heizvorrichtungen, Wärmeabschirmungen und Isolatoren, sowie von weiteren Ofenbauteilen und der Umgebungsgasatmosphäre in dem Ofen herleiten. Diese zusätzlichen Verunreinigungen verteilen sich tendenziell durch das gesamte Siliziumband, wodurch allgemein die Ladungsträger-Lebensdauer innerhalb des Bandes reduziert und so der Umwandlungswirkungsgrad von hieraus hergestellten Solarzellen und auch die Gesamtausbeute von Hochleistungssolarzellen verringert werden. Infolgedessen bestand die bevorzugte Vorgangsweise beim Ziehen von Siliziumbandmaterial nach dem EFG-Verfahren darin, daß man (a) die Formgebungsteile, Schmelztiegel und Ofenbauteile aus Materialien höchstmöglicher Reinheit herstellte und (b) das Ziehwachsturnsverfahren in einer inerten Umgebungsgasatmosphäre durchführte, unter Verwendung eines Gases höchstmöglicher Reinheit.

Die Werkstoffwahl für das Formgebungsteil und den Schmelztiegel wird durch den Umstand kompliziert, daß geschmolzenes

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Silizium mit den meisten Substanzen, die als mögliche Formgebungsteil- oder Schmelztiegel-Werkstoffe in Frage kommen, reagiert und/oder sie auflöst. Da ein gewisses Maß an Reaktivität zwischen geschmolzenem Silizium und dem Formgebungsteil unvermeidbar ist, ist es erwünscht, daß das Reaktionsprodukt in dem Siliziumkristall elektrisch neutral ist oder, falls das Material in Silizium unlöslich ist, kristallstrukturell mit Silizium kompatibel ist, um keine übermäßige Dichte an kristallographischen Fehlstellen hervorzurufen, die zu übermäßiger Polykristallinität führen würden. Außerdem muß das Formgebungsteil so ausgebildet und aus einem solchen Material hergestellt werden, daß eine Kristallisationsfront geeigneter Konfiguration zu allen Zeiten aufrechterhalten werden kann, um das Auftreten von Versetzungs-Defekten in den Kristallen zu verringern (in diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß im üblichen Fall ein nach dem EFG-Verfahren gezogenes Siliziumband kein idealer Einkristall ist, sondern vielmehr allgemein eine ziemlich unvollkommene Kristallnatur besitzt). Zum Ziehen von Silizium hat man Quarzglas (Schmelzquarz), Siliziumnitrid, Siliziumkarbid und Graphit am ernsthaftesten als mögliche Werkstoffe für das Formgebungsteil in Betracht gezogen. Quarzglas mußte ausscheiden, da es von flüssigem Silizium kaum benetzt wird; Siliziumnitrid ist unbrauchbar, da es zu rasch mit geschmolzenem Silizium reagiert; Siliziumkarbid wird von Silizium benetzt und besitzt eine ausreichende Festigkeit beim Schmelzpunkt von Silizium, jedoch scheidet Siliziumkarbid als solches wegen seiner schlechten Bearbeitbarkeit für den Fall von Kapillarformgebungsteilen zum Ziehen von relativ dünnen Bändern wie beispielsweise Bändern mit einer

Dicke von 0,06 bis 0,020 Zoll, aus . Außerdem ist Siliziumkarbid in zur Herstellung von Kapillarformgebungsteilen geeigneten Formen nicht in ausreichender Reinheit verfügbar.

Wegen der Beschränkungen, welchen die vorstehend aufgeführten Werkstoffe als Material für das Formgebungsteil unterliegen, beruht die derzeitige Technik der Herstellung von Siliziumbändern nach dem EFG-Verfahren auf der Verwendung von Formgebungsteilen aus Graphit, da Graphit ausreichende Festigkeit beim Schmelzpunkt von Silizium besitzt, leicht zu bearbeiten ist, kommerziell in zur Herstellung von Kapillarformgebungsteilen geeigneten Formen mit größerer Reinheit als Siliziumkarbid verfügbar ist und von Silizium ausreichend und stabil benetzt wird. Nach der derzeitigen EFG-Technologie wird es bevorzugt, auch die Schmelztiegel aus Graphit herzustellen, obzwar auch Quarz-Schmelztiegel verwendet wurden. Die Anwendung von Graphit-Formgebungsteilen wird jedoch durch die Tendenz zur Bildung von Siliziumkarbidkristallen an der Oberseite des Formgebungsteils als Folge der Reaktion von Graphit und Silizium begrenzt; (häufig kann diese Tendenz bis zu einem Punkt gehen, daß das Bandwachstum aussetzt oder Schwankungen in der Form des Bandes oder Kristallisationsfehlstellen in Form von Körngxenzen, Leerstellen oder Kristallversetzungen (dislocations) auftreten). Diese Teilchen stören die Kristallisationsfront und haben außerdem die Tendenz, in Form von Einschlüssen durch den wachsenden Kristall aufgenommen zu werden. Hinsichtlich Siliziumkarbideinschlüssen ist es bekannt, daß nach dem EFG-Verfahren hergestellte Siliziumbänder unter Verwendung von Graphit-Formgebungsteilen Siliziumkarbidteilchen in einem Anteil enthalten können, der das Solarzellen-Verhalten beeinträchtigt; und es ist bekannt, daß eine Verringerung des

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Auftretens von Siliziumkarbidteilchen in dem Band eine Verbesserung der Ausbeute an aus derartigen Bändern erhältlichen Solarzellen mit Wirkungsgraden von 10-12% zur Folge hat.

Das typische Inertgas, das verwendet wird, um das Auftreten von Verunreinigungen in dem gezogenen Kristall herabzusetzen, ist Argon, obwohl auch andere Inertgase verwendet oder in Aussicht genommen wurden. Jedenfalls besteht das übliche Verfahren in der Verwendung von Inertgasen, die im wesentlichen frei von anderweitigen Gasen sind, d.h. weniger als 5 ppm eines anderweitigen Gasanteils mit Ausnahme von Sauerstoff und Wasser enthalten; die beiden letztgenannten Stoffe können jeweils in Mengen bis zu 10-25 ppm vorliegen. Das Inertgas wird üblicherweise mit einer kontrollierten Durchsatzgeschwindigkeit durch den Ofen geleitet, die so berechnet ist, daß die Kristallisationsfront nicht gestört wird, während gleichzeitig gewährleistet ist, daß jegliche flüchtigen Verunreinigungen im Bereich der Wachstumszone aus dem Ofen herausgespült werden, um so die Wahrscheinlichkeit zu verringern, daß sie von dem anwachsenden Kristallkörper aufgenommen werden.

Trotz der sorgfältigen Kontrolle der Zusammensetzung des Formgebungsteils, des Schmelztiegels und anderer Ofenbauteile sowie der Reinheit und der Durchsatzrate des Inertgases im Bereich der Wachstumsgrenzfläche, werden gleichwohl weiterhin unvorhersagbare Schwankungen in der Qualität des Siliziumbandmaterials beobachtet. Einige dieser Schwankungen scheinen auf das Vorliegen großer Siliziumkarbidteilchen auf der Bandoberfläche oder in dem Band an dessen

Oberfläche und/oder auf das Vorliegen hoher Kohlenstoffpegel in dem Band zurückzuführen zu sein. Es besteht keine Einigkeit darüber, ob das Vorliegen von Sauerstoff in Halbleitersilizium schädlich ist oder nicht, insbesondere bei gleichzeitiger Gegenwart von Unreinheits-Kohlenstoff. Es ist vorgeschlagen worden, daß Sauerstoff eliminiert oder auf einen vernachlässigbaren Pegel reduziert werden soll, um die Ladungsträger-Lebensdauer zu maximieren. Andererseits deutet die U.S. Patentschrift 4,040,895 darauf hin, daß eine Reduktion der Leckströme bei höheren Sauerstoffpegeln von beispielsweise 13 χ 10 -17 x 10 Atomen/ccm auftritt.

Vor der vorliegenden Erfindung hat der Erfinder entdeckt, daß sich die Qualität von unter Verwendung eines Graphit-Formgebungsteils und eines Graphitschinelztiegels gezogenen Siliziumbändern verbessern läßt, indem man eine vorgegebene Konzentration von kohlenstoff- und sauerstoffhaltigem Gas in dem Bereich der Wachstumszone aufrechterhält, wobei die erforderliche Gaskonzentration durch Zufuhr von Kohlenstoffmonoxyd, Kohlenstoffdioxyd oder Sauerstoff zu der Wachstumsoder Ziehzone gewährleistet werden kann. Das Kohlenstoffmonoxyd und Kohlenstoffdioxyd dienen dabei als Sauerstoffquellen. Mit den bekannten Apparaturen ist es jedoch schwierig, den Sauerstoffgehalt in dem Ofen in reproduzierbarer Weise und bei niedrigen Konzentrationen zu kontrollieren. Daher zeigt die Sauerstoffkonzentration in dem Band eine Tendenz zu unvorhersagbaren Schwankungen, mit entsprechender Schwankung in der Bandqualität. Außerdem läßt sich beim Ziehen eines Siliziumbandes unter Verwendung einer Kristallzieh-Einsatzpatrone bzw. -kartusche der in der U.S. Patentschrift 4,118,197 beschriebenen Art die Zufuhr eines der-

artigen Gases zu der Zieh- bzw. Wachstumszone wirksam nur gewährleisten, wenn man das oberhalb dem Zieh- bzw. Wachstumsbereich angeordnete Kaltschuhaggregat fortläßt, was jedoch eine Verringerung der Geschwindigkeit, mit welcher der FIristall in zufriedenstellender Weise gezogen werden kann, zur unmittelbaren Folge hat.

Außer dem Bedürfnis nach einer Kontrolle der Qualität von aus einer Schmelze gezogenen Bändern oder anderweitigen Konfigurationen aus Silizium kann auch die Kontrolle der physikalischen und/oder chemischen Eingenschaften anderer Kristalle erwünscht sein. Beispielsweise kann es erwünscht sein, durch Zufuhr eines gasförmigen Reaktanten in die Zieh- bzw. Wachsturnszone eine'kleine aber genaue Menge einer Dotierungssubstanz in der Schmelzeoberfläche der Kristallziehzone einzubauen.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Ziehen von Kristallkörpern unter Verwendung eines Formgebungsteils in der Ziehzone zugrunde, das mit verbesserter Beständigkeit und Reproduzierbarkeit die Erzeugung eines Produkts mit vorgegebenen und kontrollierten physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften gestattet. Insbesondere soll durch die Erfindung ein Verfahren zum Ziehen von Siliziumkristallkörpern unter Verwendung eines benetzbaren Kapillarformgebungsteils geschaffen werden, welches das Ziehen mit praktisch maximaler Geschwindigkeit gestattet, wie sie mit einer möglichst weitgehenden Herabsetzung oder vollständigen Vermeidung der Bildung großer Siliziumkarbidteilchen an der Flüssig/Fest-Grenzfläche, mit der Reduzierung des Auftretens von Silizium-

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karbid in dem gezogenen Kristallkörper, sowie einer angestrebten Verbesserung der elektronischen Qualität des Erzeugnisses vereinbar ist. Insbesondere soll durch die Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Ziehen von Siliziumkristallen nach der EPG-Technologie geschaffen werden, das eine nennenswerte Verbesserung des Sonnenenergieumwandlungs-Wirkungsgrades von aus derartigen Kristallen hergestellten Solarzellen gewährleistet.

Der Erfindung liegt ferner als Aufgabe die Schaffung einer verbesserten Apparatur zum Ziehen von Kristallkörpern nach dem EFG-Verfahren zugrunde, die eine bessere Kontrolle über die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der gezogenen Kristalle bei gleichzeitiger Erzielung maximaler Ziehgeschwindigkeiten gewährleistet. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Apparatur der genannten Art geschaffen werden, welche das Ziehen von Siliziumbändern mit einem geringeren Anteil großer Siliziumkarbidteilchen in dem gezogenen Kristallband und damit verbesserten elektronischen Eigenschaften als bisher nach dem EFG-Verfahren erzielbar ermöglicht, um höhere Wirkungsgrade der Sonnenenergieumwandlung in aus diesem Kristallmaterial hergestellten Solarzellen zu erreichen.

Nach ihrem Grundgedanken sieht die Erfindung zu diesem Zweck ein verbessertes System der Gaszufuhr zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Konzentration eines ein die Eigenschaften des Kristallmaterials günstig beeinflussendes Zusatzgas enthaltenden Gasgemischs in der Ziehwachstumszone vor.

Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ziehen eines Kristallkörpers aus einer Schmelze, bei welchem ein Pormgebungsteil in der Ziehwachstumszone verwendet wird und ein Meniskus der Schmelze zwischen dem Formgebungsteil
und der Flüssig/Fest-Wachstumsgrenzfläche besteht; erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Ziehwachstumszone mit
einem eine vorgegebene Menge eines die physikalischen und/
oder chemischen Eigenschaften des gezogenen Kristallkörpers vorteilhaft beeinflussenden Zusatzgases enthaltenden Gasgemisch eingehüllt ist, wobei dieses Gasgemisch aus einem benachbart dem Meniskus mündenden Gaszufuhrkanal oder -durchlaß in einen über die Schmelzeoberfläche des Meniskus führenden Strömungsweg abgegeben wird, derart daß das Gasgemisch im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Oberfläche des Meniskus strömt.

Im Falle des Ziehens von Siliziumkörpern, beispielsweise
Siliziumbändern, unter Verwendung eines Formgebungsteils aus Graphit, dient als reaktive Zusatzgaskomponente eine solche, welche reaktiven Sauerstoff liefert, beispielsweise Sauerstoff, Kohlenstoffdioxyd oder Kohlenstoffmonoxyd. Es darf
angenommen werden, daß der Sauerstoff mit Kohlenstoffverunreinigungen reagiert, die in das Silizium eingeführt wurden, beispielsweise durch Kontakt des Siliziums mit den Graphitbauteilen.

Nach einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Apparatur zum Ziehen eines Kristallkörpers aus einer Schmelze, mit (a) einer Schmelztiegelanordnung zur Aufnahme einer Vorratsschmelze, (b) einem sich aus der Schmelze erstreckenden Formgebungsteil, das an seiner Oberseite Mittel zur Bildung

eines in einer Flüssig/Fest-Wachstumsgrenzfläche endenden Schmelze-Meniskus in einer Ziehwachstums zone aufweist, (c) Mitteln zum Abziehen des sich an der Grenzfläche bildenden Kristallkörpers, sowie (d) Mitteln zur Erzeugung einer die Ziehwachstumszone umgebenden kontrollierten Gasatmosphäre; erfindungsgemäß ist dabei eine Vorrichtung zur Abgabe eines ein die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des gezogenen Kristallkörpers vorteilhaft beeinflussendes Zusatzgas enthaltenden Gasgemischs in der Nähe des Meniskus in einem über die Schmelzeoberfläche des Meniskus führenden Strömungsweg, um einen im wesentlichen gleichförmigen Kontakt des Gasgemischs mit der Schmelzeoberfläche zu gewährleisten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung betrifft die Erfindung eine Apparatur zum Ziehen von Siliziumkristallmaterial in Bandform, mit folgenden Merkmalen: einer Schmelztiegelvorrichtung aus Graphit zur Aufnahme einer Silizium-Vorratsschmelze; einer Heizvorrichtung zur Aufrechterhaltung des Siliziums in geschmolzener Form; einer sich aus der Schmelze erstreckenden Kapillarformgebungsvorrichtung zur Bildung eines in einer Flüssig/Fest-Wachstumsgrenzfläche endenden Meniskus aus der Siliziumschmelze; Ziehvorrichtungen zum Abziehen des an der Grenzfläche gebildeten kristallisierten Siliziumbandes; Mitteln zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Temperaturgradienten in dem Band während seines Abzugs von der Wachstums-Grenzfläche; einem dem Formg-ebungsteil zugeordneten Abschirmaggregat, das einen Gaskanal· bzw. -durchlaß bildet, wobei das Abschirmaggregat das obere Ende des Formgebungsteils umgibt und mit einer Oberfläche des Kapillarfurmgebungsteils einen Gasströmungspfad solcher Anordnung bildet, daß ein aus dem Kanal austretender Gasstrom im wesentlichen gleichförmig über im wesentlichen die gesamte Oberfläche des

Meniskus gelenkt .wird; sowie Gaszufuhrvorrichtungen zur Zufuhr eines Gases zu dem Gaszufuhrkanal, derart daß eine die ochmelzeoberflache und das sich an der Wachstums-Grenzfläche bildende Siliziumband umgebende kontrollierte Atmosphäre aufrechterhalten wird.

:Jachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand ler Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen

Figur 1

in vertikaler Schnittansicht eine Apparatur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in einer OfenanoEdnüng zur Aufnahme mehrerer EinsatZpatronen bzw. -kartusöhen zum gleichzeitigen Ziehen mehrerer Siliziumbänder

iie Figuren
2, 3 und 4

Figur 5

jeweils Schnittansichten der Apparatur aus Figur 1 im Schnitt längs der Linie 2-2 bzw. 3-3 bzw. 4-4 in Figur 1

in vergrößerter Schhit^iöSiGht die Vorrich tung zur Lenhung des Gasstroms^gegen die Schmelgtä©fe@£fläeh@ innerhalb der ziehwachs

Figur 6

Figur 7

iü £»@£gpektivlseh@r Ansicht die Vorrichtung aus Figur 5

in vergrößerter Schnittansicht eine abgewandelte Ausführung der Vorrichtung aus Figur zur Lenkung des Gasstroms gegen die Schmelzeoberfläche innerhalb der Ziehwachstumszone

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Pigur 8 in geschnittener Teilansicht eine weitere

Ausführungsform der Vorrichtung zur Lenkung des Gasstroms gegen die Oberfläche des Meniskus

Figur 9 in vertikaler Teilschnittansicht eine Apparatur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Ausbildung zum Ziehen eines einzigen Siliziumbandes in einem Ofen

Figur 10 in perspektivischer Ansicht die Vorrichtung

zur Lenkung eines Gasstroms gegen die Schmelzeoberfläche in der Ziehwachstumszone der Apparatur gemäß Figur 9.

Beim Ziehen von Kristallen nach dem EFG-Verfahren, wie es bisher nach dem Stande der Technik gehandhabt wurde, gehörte zu den üblichen Ziehbedingungen eine Umgebungsatmosphäre aus hochreinem Argon, das mit verhältnismäßig hohen Strömungsdurchsatzgeschwindigkeiten (15-25 Volumenumsätze/h) durch den Ofen geleitet wird. Die Aufrechterhaltung einer derartigen Umgebungsatmosphäre ist sowohl in öfen vorgesehen, in welchen gleichzeitig mehrere Siliziumbänder gezogen werden, wie etwa in der U.S. Patentschrift 4,118,197 beschrieben, als auch in öfen, in welchen jeweils in einem gegebenen Zeitpunkt nur ein einzelner Kristallkörper, in Bandform oder von anderweitiger Querschnittskonfiguration, gezogen wird.

Nach ihrem Grundgedanken sieht die Erfindung die Schaffung und Verwendung einer verbesserten Vorrichtung zur Abgabe und Lenkung eines eine vorgegebene Menge eines die physikalischen

- IS -

o !er chemischen Eigenschaften des gezogenen Kristalls vorteilhaft beeinflussenden Zusatzgases enthaltenden Gasgemisches, über die Schmelzeoberfläche oder den Meniskus in
der Kristallziehzone. Im Fall des Ziehens von Siliziumkristallen in einer Apparatur unter Verwendung eines aus Graphit bestehenden Formgebungsteils stellt die reaktive Gaskomponente vorzugsweise eine Sauerstoffquelle dar, wobei diese
sauerstoffhaltige Gaskpmponente mit Kohlenstoffverunreinigungen in der Siliziumschmelze reagiert und die Bildung
schädlich großer Siliziumkarbidteilchen verringert. Obwohl nicht mit Sicherheit nachgewiesen, darf angenommen werden, daß der Sauerstoff gleichzeitig auch einen schädlichen Einfluß anderer Verunreinigungen in dem gezogenen Kristallkörper verhindert. Wie aus der folgenden Beschreibung im einzelnen hervorgeht, wird erfindungsgemäß das eine Sauerstoffquelle enthaltende Gasgemisch gegen die Schmelzeoberfläche in der Kristall-Ziehwachstumszone gerichtet.

(Fortsetzung Seite 16)

Die in Figur 1 veranschaulichte Apparatur weist einen Ofen in Form einer Gehäuseumschließung 2 mit Sicht- bzw. Einblicköffnungen 3 zur visuellen Betrachtung des Kristallwachstums auf. Innerhalb des Ofens ist mittels einer geeigneten Halterung 4 ein Schmelztiegel 5 aus Graphit angeordnet. Ebenfalls innerhalb des Ofengehäuses sind mehrere elektrische Widerstandsheizvorrichtungen 6 aus Graphit angeordnet. Diese Heizvorrichtungen sind mit einer (nicht dargestellten) außerhalb des Ofens angeordneten elektrischen Stromquelle verbunden. Die Heizvorrichtungen 6 sind in Abständen so angeordnet, daß sie dem Schmelztiegel 5 Wärme zur Umwandlung des in den Schmelztiegel aufgegebenen Siliziummaterials in eine Schmelze 7 zuführen.

In der Zeichnungsfigur ist nur ein Patronen- bzw. Kartuschenaggregat IO dargestellt, selbstverständlich eignet sich jedoch der Ofen gemäß den Ausführungen in den Figuren 1 bis 6 zur Anordnung mehrerer gesonderter Patronen- bzw. Kartuschenaggregate 10 zum Ziehen einzelner Kristallbänder, wobei die einzelnen Patronen bzw. Kartuschen insgesamt nach Art der in der U.S. Patentschrift 4,118,197 beschriebenen Patronen ausgebildet sein können. Hierzu ist erforderlich, daß jeweils jedes Patronen- bzw. Kartuschenaggregat ein Formgebungsteil, Mittel zur Temperatursteuerung und -regelung innerhalb der Patrone bzw. Kartusche sowie Mittel zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Gasatmosphäre um den gezogenen Kristallkörper herum aufweisen.

An seiner Oberseite ist das Ofengehäuse 12 mit einer Zutrittsöffnung 8 ausgebildet, durch welche eine Patrone bzw. Kartusche 10 in das Ofengehäuse eingeführt und in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise angeordnet werden kann. An seiner Unterseite weist das Ofengehäuse 2 eine Eintritts-

öffnung mit Leitungsanschlußstutzen 11 auf, der mit einer (nicht dargestellten) Quelle eines geeigneten Gases, z.B. eines Inertgases wie beispielsweise Argon verbunden ist. Das Patronen- bzw. Kartuschenaggregat 10 weist an seinem oberen Ende vorzugsweise eine metallische Kopfplatte 12 auf, welche als Wärmesenke dient und gleichzeitig durch ihren Eingriff mit der oberen Stirnwandung des Ofens die Tiefe bestimmt, bis zu welcher die Patrone bzw. Kartusche in den Ofen herabgelassen wird.

Die Einsatzpatrone 10 weist ein Außengehäuse 13 von rechteckigem Querschnitt aus einem hitzebeständigen Material auf, das an der Kopfplatte 12 befestigt ist und sich von dieser aus abwärts erstreckt. Das Gehäuse 13 endet in einer Formgebungsteil-Halterung 14, welche mit mehreren Ausschnitten als Gasdurchlässen 15 für das über die Leitung 11 zugeführte Gas versehen ist. In dem Einsatzpatronengehäuse 13 sind Sicht- bzw. Eintrittsöffnungen 16 so angeordnet, daß sie eine Sichtlinie, zu der Wachstums zone des in Entstehung befindlichen Kristallkörpers bilden. Bei dem in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Formgebungsteil handelt es sich um ein Kapillar-Formgebungsteil 20, das in verschiedenartiger Weise ausgebildet sein kann. In der dargestelllten Ausführungsform weist das Formgebungsteil parallele Graphitplatten 21 und 22 in solcher Anordnung auf, daß sie einen Kapillarschlitz 23 bilden, der sich im wesentlichen über die gesamt Breite der Platten und über ihre Höhe erstreckt. Das Kapillar-Formgebungsteil 20 ist an dem Halterungsteil 14 befestigt und besitzt eine solche Höhe, daß beim Einsetzen der Patrone bzw. Kartusche 10 in das Ofengehäuse 2 das untere Ende des Formgebungsteils 20 deutlich unterhalb des Niveaus der Schmelze 7 in diese eintaucht. Das Formgebungsteil 20 erstreckt sich in das Patronengehäuse 13

hinein und endet in einem oberen Abschnitt 25, in welchem die Formgebungsteil-Platten 21 und 22 abgeschrägte Seitenflächen besitzen und in Stirnflächen 26 und 2 7 münden, wie mit näheren Einzelheiten in Figur 5 gezeigt. Die Breite der beiden Stirnflächen 26 und 27, d.h. ihre horizontale Abmessung von links nach rechts in der Darstellung von Figur 5, ist verhältnismäßig klein und beträgt typischerweise weniger als 0,010 Zoll, Wie in den U.S. Patentschriften 4,118,197 und 4,158,03 8 beschrieben wird unter Verwendung eines geeigneten Silizium-Ziehkeims ein Siliziumband 28 von dem Formgebungsteil 20 nach oben abgezogen, unter Verwendung eines beliebigen geeigneten bekannten Ziehmechanismus.

Innerhalb der Einsatzpatrone bzw. -kartusche 10 sind Vorrichtungen zur Steuerung und Kontrolle der Temperatur des Bandes während und nach seiner Bildung durch Kristall-Ziehwachstum vorgesehen, sowie Vorrichtungen, um das Kapillar-Formgebungsteil innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu halten.

Innerhalb des Patronen-Gehäuses 13 sind, an der Kopfplatte 12 befestigt und von dieser sich abwärts erstreckend, zwei wärmeleitende Grahpitplatten 36 und 37 angeordnet; sie weisen rechtwinklige parallele Innenflächen 3 8 und 3 9 in Abstand voneinander auf, die miteinander einen schmalen rechteckigen Kanal 40 bilden, durch welchen das Kristallband 28 hochgezogen wird. Die Platten 36 und 37 bilden das wärmeleitende Medium einer Nachheizvorrichtung, die zur Funktion als Temperaturprofil-Steuerung gemäß der U.S. Patentschrift 4,158,038 bestimmt ist. Zur Reduzierung von Wärmeverlusten ist in dem Einsatzpatronengehäuse 13 um die Platten 3 6 und 37 herum eine Packung aus einem wärmeiso-

lierenden Material 41, beispielsweise aus einem Graphitfilz, vorgesehen. Der Kanal 40 endet oben in einer äußeren Gasschleuse 42 mit einem Schlitz 43, durch welchen das Band 28 abgezogen wird. Mittels Strömungsmittelleitungen 44 kann ein Inertgas, beispielsweise Argon, durch die Gasschleuse zirkuliert werden,- wobei das Inertgas über den Schlitz 43 austritt. Die Gasschleuse dient dazu, eine Strömung von Außenluft durch den Schlitz 40 zu verhindern.

Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, sind die Platten 3 6 und 37 an ihrer Unterseite genutet, zur Bildung von zwei gleichartigen Ausnehmungen 45 und 46 zur Aufnahme einer elektrischen Widerstands-Nachheizvorrichtung 47 (Fig. 2) aus Graphit. Die Nachheizvorrichtung 47 kann in verschiedenartiger Weise ausgebildet sein; im gezeigten Ausführungsbeispiel ist sie so ausgebildet, daß sie in Draufsicht (Fig. 2) die Form einer Schlange bzw. eines Blocks mit einer Recht ecköffnung besitzt, mit zwei sich längs der Ausnehmungen 45 und 46 erstreckenden Seitenteilen 48 und zwei sich längs der entgegengesetzten Randflächen der Platten 3 6 und 37 erstreckenden Endabschnitten 49. Die Heizvorrichtung 47 ist an zwei stangenförmigen elektrischen Zufuhrleitungen 50 (Fig. 2) befestigt und gehaltert.

Wie im einzelnen aus den Figuren 1 und 3 ersichtlich weist die Einsatzpatrone bzw. -kartusche ferner eine elektrische Widerstands-Heizvorrichtung 55 für das Formgebungsteil sowie zwei elektrische Widerstandsheizungen 56 für die Enden des Formgebungsteils auf. Die Heizvorrichtung 55 weist Seitenflächenheizabschnitte 57 auf, welche sich längs der Breitoder Hauptseiten des oberen Endes 25 des Kapillarformgebungs teils 20 erstrecken. Die Heizvorrichtungen 55 und 56 be-

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stehen aus Graphit. Die Heizvorrichtung 55 ist an zwei stabförmigen elektrischen Zuleitungen 58 befestigt und gehaltert, welche ihrerseits in der Kopfplatte 12 verankert sind. Die eine End- oder Schmalseitenheizvorrichrung 5 6 ist an einer der stabförmigen Stromzuführungen 58 und an einer weiteren, dritten, stabförmigen Stromzufuhrleitung 59 gehaltert und wird von diesen gespeist; die andere. End- oder Schmalseitenheizvorrichtung 56 ist entsprechend an der anderen stabförmigen Stromzuführung 58 und einer vierten stabförmigen Stromzuführung 60 gehaltert und aus diesen gespeist. Wie in der U.S. Patentschrift 4,118,197 beschrieben, erstrecken sich die stabförmigen elektrischen Zuleitungen in Längsrichtung parallel zu den Platten 3 6 und 3 7 und sind in der Kopfplatte 12 verankert. Die Kopfplatte 12 ist mit geeigneten (nicht dargestellten) Vorrichtungen zum Anschluß der verschiedenen stabförmigen Stromzuleitungen an eine elektrische Stromquelle versehen. Die Heizvorrichtung 47 beheizt die unteren Enden der Platten 36 und 37, während die Heizvorrichtungen 55 und 56 die vier Seiten des oberen Endes des Kapillarformgebungsteils 20 beheizen. In den derzeit bekannten Anordnungen weist die Einsatzpatrone bzw. -kartusche ferner auch eine oder mehrere ebene plattenförmige Wärmeabschirmungen für den oberen Abschnitt 25 des Kapillarformgebungstoils 20 auf. Diese rechtwinklig zur Achse der Kapillare angeordneten Wärmeabschirmungen sind mit Längs-Mittelschlitzen versehen, durch welche sich das Formgebungsteil 20 mit seinem oberen Ende 25 hindurcherstreckt.

Um das Siliziumband oberhalb der Wachstums-Grenzfläche zu stabilisieren und es mit einer relativ hohen Geschwindigkeit abziehen zu können, sind Vorrichtungen zur Kühlung des

Bandes auf Temperaturen im Bereich zwischen etwa 600-110O⁰C vorgesehen. Diese Kühlvorrichtung ist in Form einer Kaltplatte 61 (auch als sogenannter "Kaltschuh" bezeichnet) mit einer Mittelöffnung 62 ausgebildet. Diese aus einem hochwärmeleitfähigen Material wie beispielsweise Nickel oder Molybdän bestehende Platte wird durch eine sich um den Umfang erstreckende hohle Kühlwicklung bzw. -schlange 63 gekühlt, durch welche mittels von außerhalb der Patrone kommende Strömungsleitungen 64 ein Kühlwasserkreislauf geleitet wird. Eine derartige Kaltplatte ist im einzelnen in den Patentschriften 1,418,197 und 4,158,038 beschrieben.

Soweit bisher beschrieben ist die Apparatur gemäß den Figuren 1 bis 5 an sich bekannt. Gemäß der üblichen Betriebsweise vor der vorliegenden Erfindung wird Argon von höchstmöglichem Reinheitsgrad über die Leitung 11 mit verhältnismäßig hohen Durchsatzgeschwindigkeiten (die beispielsweise so berechnet sind, daß sie etwa 15 bis 25 Gasvolumenumsätzen pro Stunde entsprechen) kontinuierlich in das Ofengehäuse eingeleitet. Das Band 28 wird kontinuierlich aus der Schmelze am oberen Ende 25 des Formgebungsteils 20 gezogen und die bei der Bildung des Bandes verbrauchte Schmelze durch in dem Kapillarkanal 23 des' Formgebungsteils nach oben strömende neue Schmelze nachgefüllt. Nach der Kühlung durch die Kaltplatte 61 wird das Band 28 durch die Heizvorrichtung 47 wieder auf etwa 1200⁰C aufgeheizt, zum Abbau von Wärmespannungen. Schließlich wird das Band in steuerbar kontrollierter Weise gekühlt, und zwar unter Verwendung der Temperaturprofil-Steuerung aus den wärmeleitenden Platten 3 6 und 37 und der Isolation 42, welche eine lineare oder nahezu lineare Kühlzone ergeben, welche durch die zueinander parallelen und den gegenüberliegenden Breitseiten des Bandes

-M

in engem Abstand gegenüberstehenden Innenseiten der Platten 36 und 37 gebildet und charakterisiert ist. Am oberen Ende der wärmeleitenden Platten 3 6 und 37 erfolgt eine Wärmeabfuhr über die Kopfplatte 12, während am unteren Ende der Platten 36 und 37 Wärme durch die Heivorrichtung 47 zugeführt wird, wodurch ein Temperaturgradient, entlang der wärmeleitenden Platten aufrechterhalten wird, wobei sich die unteren Enden der Platten auf einer wesentlich höheren Temperatur als ihre oberen Enden befinden. Das Band 28 wird mittels eines (nicht dargestellten) geeigneten Ziehmechanismus mit einer kontrollierten Geschwindigkeit (üblicherweise im Bereich von etwa 2,0 bis 4,0 cm/min für ein Siliziumband mit einer Dicke von etwa 0,015 Zoll und einer Breite von etwa 4 Zoll) gezogen. Die Ziehgeschwindigkeit ist in Abhängigkeit von dem Ausmaß bzw. der Geschwindigkeit der Abfuhr der latenten Schmelzwärme von dem Band an der Kristallisationsfront, d.h. an der Grenzfläche zwischen dem anwachsenden Band und dem Schmelzefilm am oberen Ende 25 des Formgebungsteils 20 eingestellt. Die Kaltplatte 21 beschleunigt die Geschwindigkeit dieser Abfuhr der latenten Schmelzwärme und ermöglicht so eine maximale Ziehgeschwindigkeit.

Bei dem herkömmlichen EFG-Verfahren zum Ziehen von bandförmigem Silizium ist die Temperaturprofilsteuerung so ausgebildet und angeordnet, daß (1) die Platten 36 und 37 an ihren unteren Enden eine Temperatur nahe,jedoch unterhalb dem Schmelzpunkt von Silizium und an ihren oberen Enden eine Temperatur nahe jedoch vorzugsweise unterhalb der Temperatur, bei welcher eine nennenswerte plastische Verformungsströmung in Silizium auftritt, besitzen, (2) die Platten 36 und 37 einen kontrollierten Temperaturgradienten entlang dem Band

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bei dessen Bewegung entlang dem Kanal 40 erzeugen, und (3) das Band beim, oder unmittelbar nach dem Austritt an den oberen Enden der Platten 3 6 und 37 eine Temperatur unterhalb dem Wert besitzt, bei welchem keine nennenswerte plastische Verformungsströmung in dem Band auftritt. Diese Arbeitsweise trägt dazu bei, daß das Band nach seiner Abkühlung auf Zimmertemperatur keine oder nur ganz geringfügige residuelle Spannungen aufweist. Da der Schmelzpunkt von Silizium etwa 1415°C beträgt und in einem Siliziumkörper kaum ein nennenswertes plastisches Fließen auftritt, nachdem er auf eine Temperatur zwischen etwa 600 C und etwa 800 C abgekühlt ist, wird in der Praxis vorzugsweise so vorgegangen, daß die Heizvorrichtung 55, die Temperaturprofilsteuerung und die Kaltplatte 61 so betrieben werden, daß die Temperatur des Formgebungsteils im Bereich der Heizvorrichtung 55 etwa 2O-3O°C oberhalb dem Schmelzpunkt von Silizium liegt, der durchschnittlxche vertikale Temperaturgradient zwischen den Platten 36 und 37 einen Betrag zwischen etwa 25 und 100 C/cm besitzt, wobei die Temperatur an den unteren Enden der Platten 36 und 37 im Bereich zwischen etwa 1050 und etwa 125O°C und die Temperatur an ihren oberen Enden im Bereich zwischen etwa 600°C oder weniger beträgt, und daß die Kaltplatte 61 sich auf einer Temperatur im Bereich von 4OO-6OO°C befindet.

Es ist bekannt, daß eine Tendenz zum Vorliegen oder zur Erzeugung bestimmter Gase in dem Ofen besteht, beispielsweise durch Entgasung von Ofen-Bauteilen. Da viele von Haus aus in dem Ofen vorliegende Umgebungsgase das Kristallziehwachstum und die Produktqualität beeinträchtigen, müssen sie aus dem Ofen entfernt werden. In einem offenen Ofen der in Figur 1 gezeigten Art ("offen" im Gegensatz zu einem Ofen,

- SJL

in welchem das Ofengehäuse unter Vakuum gehalten wird und daher vollkommen luft- und gasdicht sein muß), besteht ferner auch das Problem des Einleckens von Luft in das Ofengehäuse 2 über den Kanal 40 und auch über die Patrone bzw. die Kartusche. Das Ofengehäuse 2 ist üblicherweise nicht mit einer Gasaustrittsöffnung versehen, vielmehr ist der einzige Austrittsweg für das Argon-Spülgas über den Kanal 40 der Patrone bzw. Kartusche. Durch geeignete Wahl von Druck und Durchsatzgeschwindigkeit des über die Leitungen 44 in die Schleuse 42 eingeführten Argons läßt sich eine Rückströmung von Luft durch den Kanal 40 in die Einsatzpatrone IO verhindern. Jedoch wird hierdurch nicht das Problem der innerhalb des Ofens erzeugten kontaminierenden Gase mit ihrer unbestimmten und unbestimmbaren Auswirkung auf die Eigenschaften des gezogenen Kristallkörpers beseitigt.

Wie oben bereits erwähnt, hat der Erfinder vor der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß sich durch die bewußte Einleitung eines kohlenstoffhaltigen Gases, und zwar vorzugsweise eines Gases, das auch Sauerstoff enthält, in die Umgebungsgasatmosphäre in dem Ofen und in der Patrone, und indem man das so erhaltene Gasgemisch zu der Meniskusoberfläche diffundieren läßt, eine beträchtliche Verbesserung der Qualität des Bandmaterials im gezogenen Zustand und eine Verringerung der Häufigkeit und des Ausmaßes der Aufnahme von SiC-Teilchen an der Bandoberfläche erzielen laßt. Beide dieser Verbesserungen haben eine substantielle Verbesserung des Leistungsverhaltens des Silizium-Kristallmaterials bei Einbau in Photoelemente zur Folge. Gemäß dieser früheren Erkenntnis wird das kohlenstoffhaltige Gas über die Einsatzpatrone in den allgemeinen Bereich oberhalb

des Formgebungsteils durch Kanäle zugeführt, welche zwischen den Graphitplatten und der Isolierung gebildet werden und welche über eine Verteilerleitung und mehrere schräg verlaufende Durchlässe in das untere Ende des Durchtrittskanals führen, durch welchen das Band gezogen wird. D.h., daß das Zusatzgas in den (mit dem vorliegenden Kanal 40 vergleichbaren) Ziehschlitz soweit oberhalb der Flüssig/Fest-Wachstumsgrenzfläche eintritt, derart daß das Erreichen der Grenzfläche von dem Impulsmoment des Gases und von Diffusion abhängt. Bei einer solchen Anordnung muß außerdem das Zusatzgas im Gegenstrom zu der für die kontinuierliche Spülung des Ofens und der Patrone verwendeten Argonströmung in der Hauptzone fließen, was die Erzielung und Einhaltung eines einheitlichen, gleichförmigen Verteilungsmusters des Zusatzgases über die Kristalloberfläche erschwert. Ein weiteres Problem bei dieser erwähnten älteren Vorgangsweise bestand darin, daß hierbei die Anordnung eines Kaltschuhs in der Patrone nicht möglich war, da diese Kaltplatte die Strömungsverteilung der Gasströmung behindert hätte. Somit konnten zwar nach dieser früheren Vorgangsweise Bänder mit verbesserter Qualität erhalten werden, jedoch lag die Geschwindigkeit, mit der die Bänder gezogen werden konnten, unter der Maximalgeschwindigkeit des Ziehwachstums, wie es sich bei Verwendung von Kaltschuhen bzw. Kaltplatten erzielen läßt.

Während somit diese frühere Vorgangsweise die Herstellung von Siliziumbändern mit verbesserten Eigenschaften gegenüber ohne Anwendung eines kohlenstoffhaltigen Zusatzgases hergestellten Bändern erbrachte, liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß sich ein Silizium-

kristallwachstum mit verbesserten Eigenschaften, d.h. einer hohen SPV-Diffusionslänge (d.h. der nach dem Oberflächenphotospannungsverfahren bestimmten Minoritätsladungsträger-Diffusionslänge) ohne jegliche Einbuße an Ziehgeschwindigkeit erzielen läßt. Dies wird dadurch erreicht, daß man in der Nähe des Meniskus mechanische Vorrichtungen zum Austritt und zur gleichförmigen Lenkung eines eine Sauerstoffque]Ie darstellenden Zusatzgases auf und über den Schmelzenmeniskus im wesentlichen über dessen gesamte Oberfläche vorsieht. Zu diesem Zweck weist diese mechanische Vorrichtung einen das obere Ende 25 des Kapillarfbrmgebungsteils 20 umgebenden Kanal auf. Gemäß der Darstellung in den Figuren 1 und 5 ist vorzugsweise ein durch ein Wärmeabschirmaggregat gebildeter Kanal 70 vorgesehen, wobei das Wärmeabschirmaggregat das obere Ende des Formgebungsteils umgebende parallele Wärmeabschirmungen 71 und 72 aus Graphit, aufweist. Das gewünschte Gasgemisch, beispielsweise ein Gemisch aus Argon mit einem Anteil im Bereich von etwa 50 ppm und etwa 5000 ppm eines sauerstoffhaltigen Gases im Falle der Herstellung eines Siliziumkörpers mittels eines Graphit!"ormgebungsteils, wird über mehrere, an der oberen Wärmeabschirmung 71 befestigte und mit dem Kanal 70 in Strömungsverbindung stehende Gaseintrittsleitungen 75 in den Kanal 70 eingeführt. Die Gaseintrittsleitungen 75 sind durch die Isolierung 42 nach oben geführt und mit einer (nicht dargestellten) geeigneten Quelle des einzuführenden Gasgemischs verbunden.

Wie aus Figur 5 ersichtlich sind die Wärmeabschirmungen 71 und 72 vorzugsweise in die Wandungen des Gehäuses 13 auf einer entlang dem Umfang verlaufenden Schulter 76 aufgesetzt und werden durch einen äußeren Graphitabstandsriny

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77 und mehrere in gegenseitigen Abständen angeordnete Abstandshalter 78 in gegenseitigem Abstand voneinander gehalten. Selbstverständlich können für die Zwecke der Erfindung jegliche beliebigen Abstandsmittel zur gegenseitigen Abstandshaltung zwischen den Wärmeabschirmungen 71 und 72 verwendet werden, desgleichen beliebige anderweitige Vorrichtungen zur Halterung des Wärmeabschirmungsaggregats als Ganzen innerhalb dem Einsatzpatronengehäuse. Neben ihrer Funktion zur Bildung des Kanals 70 dienen die Wärmeabschirmungen 71 und 72 gleichzeitig zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Temperaturverteilung um das obere Ende des Formgebungsteils herum.

Wie aus den in größerem Maßstab gehaltenen Schnitt- und perspektivischen Teildarstellungen gemäß den Figuren 5 und 6 ersichtlich weisen die Wärmeabschirmungen 71 und 72 zentrale Ausnehmungen bzw. Ausschnitte 80 bzw. 81 auf, die miteinander eine zentrale Längsöffnung bilden, in welche sich der Oberteil 25 der Formgebungsteilplatten 21 und 22 hineinerstreckt. Wie aus den genannten Zeichnungsfiguren ersichtlich weisen die Kapillarformgebungsplatten in ihrem oberen Abschnitt 25 schräg einwärts geneigte Seitenflächen auf, und vorzugsweise sind die die Ausschnitte 80 bzw. 81 bildenden Seitenflächen der Wärmeabschirmungen in entsprechender Weise komplementär geneigt ausgebildet, derart daß ein schmaler Gasdurchtritt 82 rund um den Oberteil des Kapillarformgebungsteils gebildet wird.

Beim Ziehen eines Siliziumkörpers (im vorliegenden Beispielsfall eines Siliziumkörpers in Bandform), steigt die Siliziumschmelze 85 aus dem Schmelzevorrat 7 in dem Schmelztiegel

'34.

mittels Kapillarwirkung durch den Kapillarschlitz 23 nach oben und benetzt bei ihrem Austritt aus diesem die schmalen oberen Stirnflächen 26 und 27 des Formgebungsteils. Beim Aufziehen dieser Schmelze nach oben bildet sie einen Meniskus 86, welcher sich zu der Flüssig/Fest-Wachstumsgrenzfläche 87 erstreckt, jenseits welcher die Schmelze zunächst eine plastische Masse und sodann ein fester Kristallkörper 28 wird. Innerhalb des Meniskusbereichs 86 liegt die Wachstums-Zone. Man erkennt daraus, daß die den Meniskus 86 bildende Schmelze aktive Oberflächen zum Kontakt mit einem oder mehreren reaktiven oder Zusatzgas(en) aufweist, d.h. Gasen die zur Steuerung und/oder Modifizierung der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des gezogenen Kristallkörpers verwendet werden können. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird dieses Gas bzw. werden diese Gase in ihrer Strömung so gelenkt, daß sie mit im wesentlichen der gesamten Oberfläche des Meniskus in im wesentlichen gleichförmigen direkten Kontakt gelangen, um eine kontrollierte gleichförmige Auswirkung auf den gezogenen Kristallkörper 28 zu erzielen. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 strömen die Gase entlang der gesamten Meniskusoberfläche nach oben. Da die erforderliche oder gewünschte Menge eines derartigen Zusatzgases normalerweise sehr klein ist, ist es im allgemeinen vorzuziehen, dieses Zusatzgas in einem Inertgas, beispielsweise Argon, einzuführen. Wie aus Figur 5 ersichtlich, strömt das Gasgemisch, beispielsweise Argon und Kohlenstoffdioxyd, durch die Eintrittsleitungen 75, den Kanal 70, tritt in den Kanal 82 aus und von dort nach oben , unter gleichförmiger Einhüllung der Oberflächen des Meniskus 86, wie durch die Pfeile veranschaulicht. Somit wird das Zusatzgas, unabhängig von seiner jeweiligen

speziellen Strömungsverteilung, direkt und gleichförmig in einer Weise zugeführt, welche die Steuerung der Konzentration des mit dem Meniskus in Berührung gelangenden Zusatzgases erleichtert. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 erkennt man ferner, daß da das durch die Leitung 11 zugeführte Inertgas aufwärts durch den Ofen und die Einsatzpatronen bzw. -kartuschen in dem Ofen strömt, kein Gasgegenstrom vorhanden ist, welcher die Strömungsverteilung des Zusatzgases beeinträchtigen könnte.

Das Formgebungsteil kann selbstverständlich von beliebiger Konfiguration sein, und die Ausnehmungen bzw. Ausschnitte in den Wärmeabschirmungen 71 und 72 können entsprechend diesen jeweiligen Konfigurationen geformt sein, um die gewünschte Gasströmungsverteilung um die Schmelzenoberfläche unterhalb der Flüssig/Fest-Grenzfläche zu gewährleisten. In Fällen, wo Silizium gezogen wird und die den Kanal definierenden Wärmeabschirmungen unterhalb des Meniskus und nahe den Schrägflächen der Teile 21 und 22 gemäß Figur 1 liegen, sollten die Wärmeabschirmungen aus Graphit hergestellt sein, im Hinblick auf die Temperatur, der sie im Betrieb unterliegen. In einem Fall, wo das hohle Wärmeabschirmaggregat oberhalb der Ziehzone liegt und einer unterhalb dem Schmelzpunkt von Silizium liegenden Temperatur ausgesetzt ist, kann es aus Quarz oder Graphit bestehen. Falls die Wärmeabschirmteile 71 und 72 an oder nahe dem oberen Ende des Formgebungsteils angeordnet sind, dürfen sie nicht aus Quarz hergestellt sein, da Quarz bei der Schmelzpunktstemperatur von Silizium zur Erweichung und entsprechendem Durchbiegen neigen würde.

Im Stande der Technik ist auf Apparaturen hingewiesen, in welchen Vorrichtungen vorgesehen sind, um Inertgase oberhalb der Flüssig/Fest-Grenzfläche gegen die Kristalle zu lenken. Beispiele derartiger bekannter Apparaturen sind in den U.S. Patentschriften 3,124,489 und 3,265,469 sowie in der französischen Patentschrift 1,235,714 beschrieben. In der U.S. Patentschrift 3,124,489 werden entgegengesetzt gerichtete einzelne Sprühstrahlen eines Inertgases gegen ein Kristallband oberhalb der Wachstums-Grenzflache gerichtet, um das Material unterhalb dem Austrittsende einer Formgebung steilmündung zu kühlen und so die Flüssig/Fest-Grenzfläche innerhalb des Formgebungsteils zu bilden. In der U.S. Patentschrift 3,265,469 werden mehrere Sprühstrahlen eines inerten oder nicht-reaktiven Gases von einem oberhalb der Flüssig/Fest-Grenzfläche liegenden Punkt abwärts gegen die Schmelzenoberfläche gerichtet, welche mittels einer ringförmigen Lippe in einer konvexen Konfiguration gehalten wird. Die französische Patentschrift 1,235,174 zeigt die Verwendung von abwärts gerichteten Gasstrahlen zur Steuerung des Durchmessers eines aus einer Schmelze gezogenen Kristallstabs. Somit stehen bei diesen bekannten Vorgangsweisen nach dem Stande der Technik die Art der Gase, die ihnen erteilten Stromungsverteilungsmuster, die Stelle ihrer Zufuhr, sowie der Zweck ihrer Anwendung in direktem Gegensatz zu dem Verfahren und der Apparatur gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 7, in welcher gleiche Bezugsziffern zur Bezeichnung gleicher oder entsprechender Bauteile aus den Figuren 1 bis 6 verwendet sind, veranschaulicht die zusätzliche Anordnung von einen zweiten oder zusätzlichen Kanal bildenden Vor-

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richtungen zur Einführung einer zusätzlichen Menge des gleichen, durch den Kanal 70 zugeführten Zusatzgases oder einer vorgegebenen Menge eines anderen Gases. Diese Vorrichtung weist parallele Wärmeabschirmungen 90 und 91 auf, welche miteinander einen Kanal 92 bilden. Diese Wärmeabschirmungen sind unterhalb der Kaltschuhplatte 61 angeordnet und in der gezeigten Weise durch einen äußeren Ring 93 und mehrere Abstandshalter 94 in gdgeliseitigem Abstand gehalten; das Aggregat ist in einer in die Wandungen des Gehäuses 30 eingeschnittenen Nut befestigt. Zum Ziehen von Silizium können die Wärmeabschirmungen 90 und 91 aus Quarz oder aus Silizium bestehen, da sie in einem Bereich angeordnet sind, in welchem die Temperatur unterhalb dem Schmelzpunkt von Silizium liegt; die Platten 71 und 72 müssen aus Graphit hergestellt sein, da sie Temperaturen bei oder oberhalb dem Schmelzpunkt von Silizium ausgesetzt sind. Die Gaseintrittsleitungen 75 sind durch dieses obere Wärmeabschirmaggregat hindurchgeführt und weisen Gasaustrittsöffnungen 95 auf, welche in die Kanäle 92 münden. Wie im Falle des unteren, dem Pormgebungsteil zugeordneten Abschirmaggregats haben die oberen Wärmeabschirmungen 90 und 91 längliche Ausschnitte zur Bildung eines Durchtritts 96 für eine Gasströmung um den Kristall 28 herum. Aus den Kanälen 92 kommendes Gas strömt durch den Durchtritt 96 abwärts und vereinigt sich mit dem Gas aus dem Durchtritt 82, der von dem unteren, dem Formgebungsteil zugeordneten Wärmeabschirmaggregat gebildet wird. Das Gas aus den Durchtritten 82 und 92 verläßt die Einsatzpatrone bzw. -kartusche über öffnungen 16, welche mit der Gasschleuse 42 verbunden sein können, zur Abfuhr der Gase aus dem Ofen. Falls die öffnungen 16 fortgelassen oder aber durch ein hitzebeständiges Gasfenster verschlossen sind,

wird der Durchlaß 96 vorzugsweise größer ausgebildet und/ oder der Gasströmungsdurchsatz in dem Kanal 92 wird kleiner als der in dem Kanal 70 gewählt, derart daß das aus den Kanälen 70 und 92 kommende Gas durch den um den Kristall herum vorgesehen Durchtritt 96 hindurch nach oben strömt.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 7 wird das gleiche Gasgemisch, beispielsweise ein das reaktive oder Zusatzgas enthaltendes Inertgas, entlang der gesamten der Strömungsverteilung des Zusatzgases ausgesetzten Kristalloberfläche gelenkt. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, gesonderte Eintrittsleitungen, vergleichbar den Leitungen 75, für die Kanäle 70 und 92 vorzusehen; in diesem Fall können die gegen die Schmelzeoberflächen der Meniskus- oder Wachstums zone gerichteten Gase und die gegen die Oberflächen des Kristalls oberhalb der Flüssig/Fest-Grenzfläche 87 gerichteten Gase unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. In beiden Fällen unterstützt das über die Kanäle 82 und 92 zugeführte Gas die Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Zusatzgaskonzentration in der Wachsturnszone.

Figur 8 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführung, bei welcher die Wärmeabschirmungen 71 und 72 so angeordnet und geformt sind, daß die Abschirmung 91 sich unterhalb dem oberen Ende des durch die Teile 21 und 22 gebildeten Kapillarformgebungsteil s befindet und das Austrittsende des Kanals 70 aufwärtsgerichtet ist, derart daß das austretende Gas in Richtung auf das obere Ende des Formgebungsteils und den Meniskus 86 gerichtet wird.

Die Figuren 9 und 10 veranschaulichen in geschnittener bzw.

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perspektivischer Teilansicht die Anwendung der Erfindung duf öfen mit nur einem Schmelztiegel. Der Schmelztiegel 5 und die Heizvorrichtungen 6 sind kreisförmig ausgebildet; das Kapillarformgebungsteil 20 ist von einer Schmelztiegel-Deckelplatte 100 gehaltert, welche auch ein Wärmeabschirmaggregat trägt, das eine durch einen Ring 104 in Abstand von einer unteren Abschirmung 103 gehaltene obere Abschirmung 102 aufweist. Das Wärmeabschirmaggregat ist in einen einspringenden Ringflansch 105 eingesetzt, welcher die Wärmeabschirmung 103 in Abstand von der Schmelztiegelplatte 100 hält, über Gaseintrittsleitungen wird Gas einem zwischen den Wärmeabschirmungen 102 und 103 gebildeten Durchlaß bzw. Kanal 106 zugeführt. Wie aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich, weisen die Abschirmungen 102 und 103 Ausnehmungen bzw. Ausschnitte in der Mitte auf, welche den oben anhand der Beschreibung von Figur 5 beschriebenen Ausschnitten entsprechen und für den gleichen Zweck vorgesehen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, denen jedoch keinerlei einschränkende Bedeutung zukommt.

Beispiel I

Die in den Figuren 1 bis 6 gezeigte Apparatur wurde zum Ziehen von Siliziumbändern mit einer Breite von etwa 4 Zoll und einer Dicke von etwa 0,015 Zoll verwendet. Die Schmelze war durch Bor-Dotierung auf einen spezifischen Widerstand von 0hm - cm eingestellt und die über die Leitung 11 eingeleitete Argonströmung durch die Hauptzone des Ofens wurde auf einer Durchsatzgeschwindigkeit von 6 l/min gehalten. Samt-

liehe Proben wurden mit einer Geschwindigkeit von 3.0-3,5 cm/min gezogen. Es wurden mehrere Versuchslaufe unter Variierung der Zusammensetzung des über die Leitungen 75 und die Durchtritte 70 (Fig. 5) zugeführten Gasgemischs und der Durchsatzgeschwindigkeit des Gasgemischs durchgeführt. Diese Betriebsparameter sind in der Tabelle 1 zusammengestellt. Zur Auswertung der Auswirkung der erfindungsgemäßen Einführung der Zusatzgase wurde die mittlere oder durchschnittliche Minoritätsladungsträger-Diffusionslänge L. nach dem Oberflächenphotospannungs-Verfahren bestimmt. Diese Werte sind auch in der Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle I

Auswirkung des auf den Meniskus gerichteten Zusatzgases auf die durchschnittliche und mittlere Minoritätsladungsträger-Diffusionslänge L, der gezogenen Kristallkörper

Probe	Gegen den Menis	Betrag bzw. An	Lj des Si-
Nr.	kus gerichtetes	teil des Zusatz	liziumkris-
	Gasgemisch	gases im Gasge	talls (m)
		misch (ppm)
1	Argon	mm mm 1— mm	21.1
2	CO in Argon	500	44.6
3	CO in Argon	670	33.0
4	Argon		18.9
5	CO2 in Argon	1300	45.3
6	C0~ in Argon	2300	34.4
7	C0? in Argon	700	27.5

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Aus den in der Tabelle I wiedergegebenen Daten und aus anderweitigen experimentellen Daten wurde bestimmt, daß für die in diesen Beispielen verwendeten Arbeits- und Betriebsbedingungen der optimale Anteil der in dem Argon transportierten und aus der nahe dem unteren Ende der Meniskusschmelze zugeführten Sauerstoffquelle im Bereich zwischen etwa 50 ppm und etwa 5000 ppm des Gasgemischs beträgt, bei dem es sich um Argon mit Kohlenstoffmonoxyd oder Kohlenstoffdioxyd handelt. Daß die Kontaktierung des Meniskus mit dem sauerstoffhaltigen Gas in dem angegebenen Konzentrationsbereich eine wesentliche Verbesserung wenigstens einer der physikalischen Eigenschaften, nämlich der Minoritätsladungsträger-Diffusionslänge L,, der so gezogenen Kristalle bewirkt, ist ohne weiteres ersichtlich.

Die Daten gemäß Tabelle I zeigen, daß verhältnismäßig geringfügige Änderungen in der Konzentration des dem Argon zugesetzten CO oder C0_? relativ größere Änderungen in den L, Werten des gezogenen Bandes bewirken. Durch die Abgabe des CO oder CO _ sehr nahe an der Meniskusoberfläche und mit einer Strömungsverteilung des Zusatzgases, welche einen direkten Kontakt mit dem Meniskus bewirkt_f läßt sich die physikalische Eigenschaft des gezogenen Kristallmaterials mitirels sehr kleiner Änderungen in der Zusatzgaskonzentration genau und gleichförmig steuern und regulieren- Ähnliche Ergebnisse werden bei Verwendung eines geeigneten Gemischs von 0„ und Argon oder eines Gemischs dieser Gase mit einem zusätzlichen Anteil an CO« oder CO, zum Beispiel Argon mit 2300 ppm CO und 23 ppm 0 , erzielt.

Beispiel II

Es wurden Siliziumbänder mit einer Breite von etwa 4 Zoll und einer Dicke von etwa 0,011ZoIl nach dem Verfahren und den anderweitigen Bedingungen gemäß Beispiel I gezögen, mit dem Unterschied, daß die Einsatzpatrone bzw. -kartusche kein hohles Wärmeabschirmaggregat zwischen dem Kaltschuh und dem Formgebungsteil besaß und das 0_?-haltige Gasgemisch in den Ofen mit einem Durchsatz von 2 l/min über Kanäle in den Platten 3 6 und 37, welche den Kanal 40 oberhalb des Niveaus der Kaltschuhplatte 61 schneiden, zugeführt wurde. Es wurden mehrere Versuchsläufe unter Änderung der Zusammensetzung des in die Einsatzpatrone zugeführten Gasgemischs und de s Strömungsdurchsatzes dieses Gasgemischs durchgeführt. Der Hauptgasdurchsatz über die Leitung 11 wurde von 0-10 l/min variiert. Die Ziehgeschwindigkeit betrug 3,4 cm/min Die? durchschnittliche oder mittlere'Minoritätsladungsträger-Diffusionslänge L, wurde nach dem Oberflächenphotospannungs-Verfahren bestimmt, und diese Werte sind in der Tabelle II angegeben.

	Tabelle II	Betrag bzw. An	ϊιΛ des Si-
Probe	In die Patrone	teil des Zusatz	liziumkrj s-
Nr.	zugeführtes	gases im Gasge	talls (m)
	Gasgemisch	misch (ppm)
		1000 1000 5000· 1000	17.9 18.1 21.8 11.6 13.7
1 2 3 4 5	Argon CO in Argon CO in Argon CO in Argon CO in Argon

Man darf annehmen, daß die relativ niedrigen Werte für die durchschnittliche oder mittlere Minoritätsladungsträger-Diffusionslänge gemäß Tabelle II daher rühren, daß der Kaltschuh das in die Einsatzpatrone eingeleitete Gas an einer angemessenen Um- und Einhüllung des Meniskus hinderte und daß es zu einer Wechselwirkung des Gases mit dem Werkstoff der Kaltschuhplatte kam, was die Einführung unerwünschter Unreinheiten in die Siliziumschmelze an der Oberseite des Formgebungsteils zur Folge hatte.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben, die jedoch in mannigfachen Einzelheiten abgewandelt werden können, ohne daß hierdurch
der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (1)

1. Pa tentansprüche:

   I.: Verfahren zum Ziehen eines Kristallkörpers aus einer Schmelze, bei welchem ein Formgebungsteil (20, 21, 22) in der Ziehwachstums-Zone verwendet wird und zwischen dem Formgebungsteil (20) und der Flüssig/Fest-Wachstums-Grenzfläche (87) ein Meniskus der Schmelze vorhanden ist und die Ziehwachstums-Zone in eine kontrollierte Gasatmosphäre eingehüllt ist,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß als die Ziehwachstums-Zone umgebende kontrollierte Gasatmosphäre ein eine vorgegebene Menge eines, die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des gezogenen Kristallkörpers vorteilhaft beeinflussenden Zusatzgases enthaltendes Gasgemisch verwendet wird und daß dieses Gasgemisch aus einem benachbart dem unteren Ende des Meniskus (8 6) mündenden Gaszufuhrkanal oder -durchlaß (70, Figuren 5, 7, 8) in einen über die Schmelzeoberfläche des Meniskus (86) führenden Strömungsweg (82) abgegeben wird, derart daß das Gasgemisch im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Oberfläche des Meniskus strömt.

   2. Verfahren nach Patentanspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Strömung (8 2) des Gasgemischs entlang dem oberhalb der Flüssig/Fest-Wachstums-Grenzfläche (87) kristallisierten Kristallkörper (28) fortgesetzt wird.

   3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß als Formgebungsteil ein längliches Kapillarformgebungsteil (20, 21, 22) in Ausbildung zum Ziehen eines Kristallkörpers (28) in Bandform verwendet wird.

   4. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprüche zum Ziehen eines Silizium-Kristallkörpers (28) aus einer Siliziumschmelze (7) unter Verwendung eines Kapillar-Formgebungsteils (20, 21, 22) zur Formung des gezogenen Silizium-Kristallkörpers mit einer vorgegebenen Konfiguration, wobei der Strömungsweg (82) des im Bereich der Unterseite des Meniskus zugeführten Gasgemisches aufwärts entlang der Schmelzeoberfläche des Meniskus verläuft.

   5. Verfahren nach Patentanspruch 4,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß als Zusatzgas eine Sauerstoffquelle verwendet wird und das Gasgemisch diese Sauerstoffquelle sowie Argon als inertes Trägergas enthält.

   6. Verfahren nach Patentanspruch 5,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß als Zusatzgas Kohlenstoffmonoxyd, Kohlenstoffdioxyd, Sauerstoff oder ein Gemisch hiervon verwendet wird.

   7. Verfahren nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

   daß das eine Sauerstoffquelle darstellende Zusatzgas in dem Argon in einem Anteil im Bereich zwischen etwa 50 ppm und etwa 5000 ppm enthalten ist.

   8. Apparatur zum Ziehen eines Kristallkörpers aus einer Schmelze nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit (a) einer Schmelztiege.!anordnung (5) zur Aufnahme einer Vorratsschmelze (7), (b) einem sich aus der Schmelze erstreckenden Form-

   gebungsteilaggregat (20, 21, 22), das an seiner Oberseite (25) Mittel (26, 27) zur Bildung eines in einer Flüssig/Fest-Wachstums-Grenzflache (87) endenden Schmelzemeniskus (8 6) in einer Ziehwachstums-Zone aufweist, (c) Mitteln zum Abziehen des sich an der Flüssig/Pest-Wachstums-Grenzfläche (87) durch Kristallisation bildenden Kristallkörpers (28) , sowie (d) Mitteln zur Erzeugung einer die Ziehwachstums-Zone umgebenden kontrollierten Gasatmosphäre,
   gekennzeichnet durch

   Mittel (70, 71, 72) zur Abgabe eines ein die physikalischen oder chemischen Eigenschaften des gezogenen Kristallkörpers vorteilhaft beeinflussendes Zusatzgas enthaltenden Gasgemischs benachbart der Unterseite des Meniskus (87) und zur Lenkung dieses Gasgemischs gemäß einem entlang der Schmelzenoberfläche des Meniskus aufwärtsführenden Strömungsweges (8 2) , um einen im wesentlichen gleichförmigen Kontakt des Gasgemisches mit der Schmelzeoberfläche des Meniskus zu gewährleisten.

   9. Apparatur nach Patentanspruch 8,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Schmelztiegelanordnung (5) und das Formgebungsteilaggregat (20, 21, 22) aus Graphit bestehen.

   10. Apparatur nach Patentanspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Formgebungsteilaggregat als Kapillar-Formgebungsteil (20, 21, 22) ausgebildet ist.

   11. Apparatur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprüche 8 bis 10,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Mittel zur Abgabe und Lenkung der Gasgemischströmung entlang der Schmelzeoberfläche des Meniskus folgende Teile umfassen

   - (a) dem Formgebungsteil zugeordnete, einen Gaskanal (70) definierende Abschirmmittel (70, 71), welche das obere Ende (25) des Kapillar-Formgebungsteils (20) umgeben und mit dessen Oberfläche einen Gasströmungsauslaß (82) bilden, aus welchem das Gasgemisch aufwärts entlang der Schmelzeoberfläche des Meniskus (26) gelenkt wird, sowie

   - (b) Gaszufuhrvorrichtungen (75) zur Zuleitung des Gasgemischs zu dem Gaskanal (70).

   12. Apparatur nach Patentanspruch 11,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß oberhalb der dem Formgebungsteil (20) zugeordneten Schirmmittel (71, 72) zusätzliche einen zusätzlichen Gaskanal (92) bildende Schirmmittel (90, 91, Figur 7) vorgesehen sind, welche den Kristallkörper (28) oberhalb der Flüssig/Fest-Wachstums-Grenzfläche (8 7) umgeben und zusammen mit der Oberfläche des Kristallkörpers einen weiteren Gasströmungsdurchlaß (96)- zur Erzeugung einer Gasströmung längs der Kristallkörperoberfläche bilden, und daß zusätzliche Gaszufuhrmittel (75, 95) zur Gaszufuhr zu dem zwischen den zusätzlichen Schirmmitteln (90, 91) gebildeten Gaskanal (92) vorgesehen sind.

   13. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Gaszufuhrmi tte.1 (75) zur Zuleitung des Gasgemischs zu dem Gaskanal (70, 82) zwischen den dem Formgebungsteil (20) zugeordneten Schirmmitteln (71, 72) gleichzeitig als Gaszufuhrmittel· für den von den zusätzlichen Schirmmitteln (90, 91) gebildeten zusätzlichen Gaskanal (92) dienen.

   14. Apparatur nach einem oder mehreren der Patentansprüche 10 bis 13,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß das Kapillar-Formgebungsaggregat (20, 21, 22) mit länglicher Konfiguration zur Erzeugung von Kristallkörpern in Bandform ausgebildet ist.

   15. Apparatur nach einem oder mehreren der vorhergehenden Patentansprüche 8 bis 14 zum Ziehen eines Silizium-Kristallkörpers in Bandform,

   gekennzeichnet durch

   - (a) eine Schmelztiegelanordnung (5) zur Aufnahme einer Silizium-Vorratsschmeize

   - (b) Heizvorrichtungen (6) zur Aufrechterhaltung des Siliziums in geschmoizener Form

   - (c) ein Kapillar-Formgebungsaggregat (20) in Form zweier länglicher zueinander paralleler Formgebungsplatten (21, 22), die miteinander einen Kapillarschlitz (23) bilden, wobei die Formgebungsteilplatten (21, 22) sich aus der in dem Schmelztiegel (5) enthaltenen Vorratsschmelze (7) heraus erstrecken und an ihren Oberseiten mit Mitteln (26, 27) zur Bildung

   eines in einer Flüssig/Fest-Wachstums-Ziehgrenzflache (87) endenden Meniskus (86) aus der Siliziumschmelze versehen sind

   (d) eine Ziehvorrichtung zum Abziehen des durch Kristallisation an der Flüssig/Pest-Grenzfläche (87) gebildeten bandförmigen Siliziumkristallkörpers

   (e) Mittel (13, 36, 37, Figur 1) zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Temperaturgradienten in dem von der Ziehwachstums-Grenzflache (87) abgezogenen bandförmigen Kristallkörper (28)

   (f) dem Formgebungsteil (20) zugeordnete, voneinander beabstandete und miteinander einen Gaskanal (70) bildende Schirmmittel (71, 72), welche das obere Ende

   (25) des Kapillarformgebungsaggregats (20) umgeben und mit dessen Oberfläche einen Gasstromungsdurchtritt (82) bilden, aus welchem ein Gas aufwärts und im wesentlichen gleichmäßig über im wesentlichen die gesamte Schmelzeoberfläche des Meniskus (86) gelenkt wird

   (g) Gaszufuhrmittel (75) zur Zuleitung eines Gases zu dem zwischen den in Abstand voneinander angeordneten Abschirmungen (71, 72) gebildeten Gaskanal (70), sowie

   (h) Mittel zur Aufrechterhaltung einer die Schmelzeoberfläche und das an der Ziehwachstums-Grenzflache (87) gebildete Siliziumband (28) umgebenden kontrollierten Gasatmosphäre.

   2231090

   .-"Apparatur nach Patentanspruch 15,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Mittel zur Aufrechterhaltung einer kontrollierten Gasatmosphäre ein Gehäuse (2) und Mittel (11) zur Zufuhr eines Inertgases mit einer vorgegebenen Strömungsdurchsatzgeschwindigkeit in den unteren Teil des Gehäuses (2) umfassen.

   17. Apparatur nach Patentanspruch 16,
   gekennzeichnet durch

   ein in dem Gehäuse (2) angeordnetes Einsatzpatronen- bzw. kartuschengehäuse (13), an welchem das Kapillar-Formgebungsaggregat (20) sowie die in gegenseitigem Abstand voneinander angeordneten,, dem Formgebungsaggregat (20) zugeordneten Schirmmittel (71, 72) befestigt sind, und daß die Mittel (36, 37) zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Temperaturgradienten entlang dem erzeugten Siliziumbandkörper (28) in dem Patronengehäuse (13) untergebracht sind.

   18. Apparatur nach Patentanspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet,

   daß als Gaszufuhrvorrichtungen für die Gaszufuhr zu dem zwischen den beiden in Abstand voneinander angeordneten, dem Formgebungsteil (20) zugeordneten Abschirmungen (71, 72) gebildeten Gaskanal (70) mehrere Gasleitungen (75) aufweisen, welche eine Strömungsverbindung zwischen dem Gaskanal (70) und einer Gasquelle außerhalb des Gehäuses (2) bilden.

   19. Apparatur nach einem oder mehreren der Patentansprüche 15 bis 18,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß oberhalb der dem Formgebungsaggregat (20) zugeordneten und in Abstand voneinander angeordneten Abschirmungen (71, 72) zusätzliche weitere in Abstand voneinander angeordnete Abschirmungen (90,91, Figur 7) vorgesehen sind, welche miteinander einen zusätzlichen weiteren Gaskanal (92) bilden und den gezogenen Kristallkörper (28) oberhalb der Flüssig/Fest-Wachstums-Ziehgrenzflache (87) umgeben und mit der Oberfläche des gezogenen Kristallkörpers einen zusätzlichen Gasströmungsdurchlaß (96) für eine Gasströmung bilden, welche eine Fortsetzung der über die Schmelzeoberfläche des Schmelzemeniskus (86) geleiteten Gasströmung bildet und aufwärts über das gezogene Siliziumkristallband führt, und daß eine weitere zusätzliche Gaszufuhrvorrichtung (75, 95) zur Beaufschlagung des zwischen den zusätzlichen Abschirmungen (90, 91) gebildeten Gaskanals (92) vorgesehen sind.

   20. Apparatur nach Patentanspruch 19,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Gaszufuhrvorrichtung (75) für den zwischen den dem Formgebungsaggregat (20) zugeordneten Abschirmungen (71, 72) gebildeten Gaskanal (70) gleichzeitig die Gaszufuhrvorrichtung für den zwischen den zusätzlichen weiteren Abschirmungen (90, 91) gebildeten zusätzlichen Gaskanal (92) bilden.