DE2916389A1 - DEVICE FOR DRAWING CRYSTAL BODIES FROM THE MELT - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-l ηg. Curt Wal fachPatent attorneys Dipl.-l ηg. Curt Wal fold

Dipl.-Ing. Günther KochDipl.-Ing. Günther Koch

2916389 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach2916389 Dipl.-Phys. Dr Tino Haibach

~ £- Dipl.-lng. Rainer Feldkamp ~ £ - Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kauffngerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai dD-8000 Munich 2 Kauffngerstrasse 8 Telephone (0 89) 24 02 75 Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 23. April 1979Date: April 23, 1979

Unser Zeichen: 16 5^2 H/NuOur reference: 16 5 ^ 2 H / Nu

Mobil Tyco Solar Energy" Corporation, Waltham, Massachusetts/USAMobil Tyco Solar Energy "Corporation, Waltham, Massachusetts / USA

Vorrichtung zum Ziehen von Kristallkörpern aus der SchmelzeDevice for pulling crystal bodies from the melt

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Kristallkörpern aus der Schmelze und näherhin speziell ein Kapillar-Formgebungsteil zum Ziehen von Kristallkörpern aus der Schmelze nach dem EFG-Verfahren ("edgedefined film-fed growth").The invention relates to an apparatus for pulling crystal bodies from the melt, and more particularly to it a capillary shaping part for pulling crystal bodies from the melt according to the EFG process ("edgedefined film-fed growth ").

Zum Ziehen von Kristallkörpern aus der Schmelze wurden verschiedene Systeme entwickelt. Die Erfindung betrifft eine Verbesserung zum Ziehen von Kristallkörpern aus einer Schmelze nach dem sogenannten EFG-Verfahren, bei welcher aus einem über eine Kapillare nachgefüllten Schmelzfilm an der Oberseite eines Formgebungsteils gezogen wird und die Querschnittskonfiguration des gezogenen Kristallkörpers im wesentlichen durch die Bandkante dieses Ziehschmelzfilms bestimmt wird, die ihrerseits im xiresentlichen durch die Randkantenbegrenzung der Oberseite des Formgebungsteils bestimmt wird ( "e_dge-def ined film-fed growth"). Einzel-Various systems have been developed for pulling crystal bodies from the melt. The invention relates to an improvement for pulling crystal bodies from a melt by the so-called EFG process, in which is drawn from a melt film refilled via a capillary at the top of a shaping part and the Cross-sectional configuration of the drawn crystal body essentially through the ribbon edge of this drawn melt film is determined, which in turn is essentially determined by the Edge delimitation of the upper side of the shaping part is determined ("e_dge-defined film-fed growth"). Singles-

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heiten des EFG-Verfahrens sind in den US-Patentschriften 3 591 348 und 3 687 633 beschrieben.The EFG process is described in US patents 3,591,348 and 3,687,633.

Bei dem EFG-Verfahren wird die Form des Kristallkörpers durch die äußere Randkantenkonfiguration der oberen Stirnseite eines eine Kapillare bildenden Teils bestimmt, das mangels einer besseren Bezeichnung als Formgebungsteil bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren erfolgt das Ziehwachstum an einem Kristallkeim aus einem zwischen dem Ziehkörper und der oberen Stirnseite des Formgebungsteils eingebetteten Flüssigkeitsfilm aus zugeführtem Material, wobei die Schmelzflüssigkeit des Films kontinuierlich aus einer Vorratsschmelze über eine oder mehrere Kapillaren in dem Formgebungsteil gespeist wird. Unter den Stoffen, aus welchen nach dem EFG-Verfahren einkristalline Körper gezogen wurden, befinden sich unter anderem cL-Aluminiumoxid (Saphir), Spinel, Chrysoberyl, Bariumtitanat, Lithiumniobat, Yttrium-Aluminium-Granat und Silicium.In the EFG process, the shape of the crystal body becomes determined by the outer peripheral edge configuration of the upper end face of a part forming a capillary, which referred to as a shaping part in the absence of a better name will. In this process, the pull growth takes place on a crystal nucleus from between the pull body and the upper end face of the molding part Liquid film from supplied material, wherein the melt liquid of the film continuously from a Reservoir melt is fed via one or more capillaries in the shaping part. Among the fabrics from which Monocrystalline bodies that were drawn using the EFG process include cL aluminum oxide (Sapphire), spinel, chrysoberyl, barium titanate, lithium niobate, Yttrium aluminum garnet and silicon.

Wesentliche Erfordernisse für das EFG-Verfahren bestehen darin, daß der Schmelztiegel und das Formgebungsteil aus einem Werkstoff bestehen, der beständig gegenüber den Betriebstemperaturen ist und mit der Schmelze nicht reagiert. Ferner muß das Formgebungsteil durch die Schmelze benetzbar sein und sowohl das Formgebungsteil als auch der Schmelztiegel sollen beide aus einem Material bestehen, das sich in der Schmelze nicht auflöst. Beispielsweise bestehen die herkömmlicherweise zum Ziehen von monokristallinen Aluminiumoxidkörpern verwendeten Formgebungsteile und Schmelztiegel im allgemeinen aus Molybdän oder Wolfram, während zur Herstellung von monokristallinen Siliciumkörpern aus der Schmelze die Formgebungskörper imEssential requirements for the EFG process are that the crucible and the molding part consist of a material that is resistant to the operating temperatures and does not react with the melt. Furthermore, the shaping part must be wettable by the melt and both the shaping part and the Crucibles should both consist of a material that does not dissolve in the melt. For example, exist the shaping parts conventionally used for drawing monocrystalline alumina bodies and crucibles generally made of molybdenum or tungsten, while for the production of monocrystalline Silicon bodies from the melt form the shaping bodies in the

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allgemeinen aus Graphit und die Schmelztiegel im allgemeinen aus Graphit oder Quarz hergestellt sind.generally made of graphite and the crucibles in general are made of graphite or quartz.

Ein Vorteil des EFG-Verfahrens "besteht darin, daß Körper bestimmter vorgegebener Querschnittsformen wie beispielsweise flache Bänder oder runde Rohrquerschnitte, ausgehend von den einfachstmöglichen Keimkristall-Geometrien, nämlich einem runden Keimkristall kleinen Durchmessers, herstellbar sind. Ein typisches EFG-System nach dem Stande der Technik weist ein Schmelztiegel-Formgebungsteil-Aggregat auf, in welchem das Formgebungsteil im Inneren des Schmelztiegels in Berührung mit der Schmelze angeordnet ist. Das Formgebungsteil weist eine die Formgebung des Ziehkörpers definierende obere Stirnfläche auf, deren Konfiguration der für den Kristallziehkörper gewünschten Querschnittskonfiguration entspricht. Die Schmelze wird dieser oberen Stirnseite des Formgebungsteils über eine oder mehrere Kapillaren des Formgebungsteils zugeführt. Bei diesen Kapillaren kann es sich um eine oder mehrere vertikale langgestreckte Kanäle kapillarer Abmessung zwischen der Oberseite des Formgebungsteils und dessen Unterseite handeln. Eine andere bekannte Ausführung eines derartigen Formgebungsteils besteht aus zwei konzentrisch angeordneten Zylinderbuchsen, die durch geeignete Mittel, wie beispielsweise mehrere Abstandhalter in Form von Drähten kleinen Durchmessers oder Stäben von Kapillarabmessung, im Abstand voneinander in konzentrischer Anordnung gehalten werden, beispielsweise in der aus Fig. 2 der US-Patentschrift 3 687 633 ersichtlichen Weise. Weitere Einzelheiten dieser und weiterer herkömmlicher EFG-Formgebungsteile sind in der US-Patentschrift 3 687 633 beschrieben. Für ideale Ziehbedingungen sollen sämtlicheOne advantage of the EFG process "is that bodies of certain predetermined cross-sectional shapes, such as flat strips or round tube cross-sections, can be produced starting from the simplest possible seed crystal geometries, namely a round seed crystal with a small diameter. A typical EFG system according to the state of the art Technik has a crucible-shaping part unit, in which the shaping part is arranged in the interior of the melting crucible in contact with the melt. The shaping part has an upper end face defining the shape of the pulling body, the configuration of which corresponds to the cross-sectional configuration desired for the crystal pulling body Melt is fed to this upper end face of the shaping part via one or more capillaries of the shaping part These capillaries can be one or more vertical elongated channels of capillary dimensions between the upper side of the shaping part and d eat bottom act. Another known embodiment of such a shaping part consists of two concentrically arranged cylinder sleeves, which are held at a distance from one another in a concentric arrangement by suitable means, such as several spacers in the form of wires of small diameter or rods of capillary dimensions, for example in the one from FIG. 2 U.S. Patent 3,687,633. Further details of these and other conventional EFG molding parts are described in US Pat. No. 3,687,633. All

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Bereiche der oberen Stirnseite des Formgebungsteils möglichst auf gleicher Temperatur sein. In einem herkömmlichen Kapillar-Formgebungsteil können jedoch die inneren Bereiche der Oberseite des Formgebungsteils eine um 20 C oder mehr höhere Temperatur als die Außenkanten der oberen Stirnseite des Formgebungsteils aufweisen. Hier sind zwei Paktoren wirksam: (1) die die Schmelznachfüllung bewirkenden Kapillaren münden normalerweise in diesen innenliegenden Bereichen der Oberseite des Pormgebungsteils, so daß diese innen liegenden Bereiche kontinuierlich durch die frisch zugeführte Schmelze erhitzt werden, und (2) die äußeren Bereiche des Pormgebungsteils unterliegen einer erhöhten Abkühlung durch StrahlungsVerluste. Diese Temperaturunterschiede können Schwierigkeiten bei der Keimansetzung bereiten. Palis beispielsweise ein Ziehkristallkeim mit dem Formgebungsteil im äußeren Randbereich der Pormgebungsteiloberseite zur Berührung gebracht wird, ist die Temperatur des Pormgebungsteils in diesem Punkt möglicherweise nicht genügend hoch zum Anschmelzen des Kristallkeims. Erhöht man andererseits die Temperatur der Schmelze so weit, daß die Temperatur der Pormgebungsteiloberseite auch in den äußeren Eandbereichen ausreichend ansteigt, um den Kristallkeim zum Schmelzen zu bringen, so kann dies im Mittelbereich der Pormgebungsteiloberseite zu einer Temperatur führen, die zu hoch für ordnungsgemäße Ziehbedingungen ist. Außerdem kann es beim Ziehen von Silicium aus einem Graphit-Formgebungsteil infolge der relativ kühleren Außenbereiche des Pormgebungsteils zur Ausfällung von Siliciumcarbidteilchen während des Ziehvorgangs kommen. Palis dies eintritt, kann dies eine Überflutung des Pormgebungsteils und eine Unterbrechung des Kristallwachstums zur Folge haben.Areas of the upper face of the shaping part should be at the same temperature as possible. In a conventional Capillary molding, however, the inner areas of the top of the molding can be a 20 ° C or have a higher temperature than the outer edges of the upper end face of the molding part. Here are two Effective factors: (1) the capillaries causing the enamel refill normally open into these internal ones Areas of the top of the molding part, so that these inner areas are continuously heated by the freshly supplied melt, and (2) the outer areas of the molded part are subject to increased cooling due to radiation losses. These temperature differences can cause difficulties in the establishment of germs. Palis, for example, is a seed crystal is brought into contact with the shaping part in the outer edge region of the upper side of the shaping part the temperature of the molding part at this point may not be high enough to melt the seed crystal. On the other hand, if the temperature of the melt is increased to such an extent that the temperature of the upper side of the molding part also rises sufficiently in the outer edge areas to melt the crystal nucleus, see above this can lead to a temperature in the middle area of the molding top that is too high for proper working Draw conditions is. In addition, when pulling silicon from a graphite molding part due to the relative cooler outer areas of the shaping part for precipitation of silicon carbide particles during the drawing process come. As soon as this occurs, it can flood the molding part and disrupt crystal growth have as a consequence.

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Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer Vorrichtung zum Ziehen von Kristallkörpern aus der Schmelze .nach dem EFG-Verfahren zugrunde, bei welcher die Ausbildung starker Temperaturunterschiede entlang der formgebenden Oberseite des Formgebungsteils und die damit in Zusammenhang stehenden Probleme bei der anfänglichen Keimanschmelzung und/oder die erwähnte Überflutung des Formgebungsteils infolge der Ausfüllung von Siliciumcarbidteilchen vermieden werden.It is therefore an object of the invention to provide a Device for pulling crystal bodies from the melt. According to the EFG process, in which the training strong temperature differences along the shaping upper side of the shaping part and the associated therewith standing problems with the initial fusion of the germs and / or the mentioned flooding of the molding part due to the filling of silicon carbide particles can be avoided.

Fach dem Grundgedanken der Erfindung ist zu diesem Zweck bei einer für das Ziehen nach dem EFG-Verfahren geeigneten Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einem Kapillar-Formgebungsteil vorgesehen, daß die Kapillare(n) des Formgebungsteils in Form mehrerer in einer Seitenwandung des Formgebungsteils vorgesehener Schlitze oder Nuten mit Kapillarabmessung ausgebildet sind. Die einzelnen Schlitze bzw. Nuten münden an einem Ende in der oberen formgebenden Stirnseite des Formgebungsteils. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, erstrecken sich die einzelnen Schlitze auch abwärts bis an die Unterseite des Formgebungsteils. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in der formbestimmenden Formgebungsteiloberseite eine oder mehrere Ausnehmungen vorgesehen, die in gewisser Weise als Sammelbehälter und Wärmereservoir für Schmelze wirken und die Verteilung der Schmelze über die Breite des Formgebungsteils erleichtern.For this purpose, one part of the basic concept of the invention is one suitable for drawing according to the EFG process Device of the type mentioned with a capillary shaping part provided that the capillary (s) of the shaping part in the form of several in a side wall of the Shaping part provided with slots or grooves Capillary dimension are formed. The individual slots or grooves open at one end in the upper shaping face of the shaping part. Preferably, however not necessarily, the individual slots also extend down to the bottom of the shaping part. According to a preferred embodiment of the invention are in the shape-determining shaping part tops one or more recesses are provided, which in a certain way act as a collecting container and heat reservoir act for melt and facilitate the distribution of the melt across the width of the molding.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigenIn the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing; in this show

Fig. 1 in geschnittener Seitenansicht eine Kristallzieh-Fig. 1 in a sectional side view of a crystal pulling

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apparatur gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Kapillarformgebungsteils gemäß der Erfindung, wobei bestimmte Teile nur schematisch dargestellt sind,apparatus according to a preferred embodiment of the capillary shaping part according to the invention, certain parts are only shown schematically,

Fig. 2 das Formgebungsteil aus Fig. 1 in Seitenansicht von der Stirnseite,FIG. 2 shows the shaping part from FIG. 1 in a side view from the end face,

Fig. 3 in Draufsicht in stark vergrößertem Maßstab das Formgebungsteil aus Fig. 1,Fig. 3 in plan view on a greatly enlarged scale Shaping part from Fig. 1,

Fig. 4- in Draufsicht in stark vergrößertem Maßstab ein Formgebungsteil gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, 4- in a plan view on a greatly enlarged scale, a shaping part according to a second embodiment of the invention,

Fig. 5 in Draufsicht in stark vergrößertem Maßstab ein Formgebungsteil gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 5 in plan view on a greatly enlarged scale Shaping part according to a third embodiment of the invention.

Die Kapillar-Formgebungsteile gemäß der Erfindung dienen zur Verwendung bei der Herstellung von monokristallinen Körpern mit einer Vielfalt verschiedener Formgebungen. Besonders eignet sich die Erfindung jedoch für Formgebungsteile zur Herstellung von verhältnismäßig dünnen, breiten, flach-ebenen Siliciumbändern nach dem EFG-Verfahren, und für die folgende Beschreibung ist diese bevorzugte Ausführungsform und dieses bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung zugrunde gelegt. Jedoch steht dem Fachmann ohne weiteres die Wahl geeigneter Werkstoffe zur Verfügung, um die nachfolgend beschriebenen Formgebungsteil-Schmelztiegel-Kombinationen zum Ziehen von Kristallkörpern ausThe capillary shaping parts according to the invention are for use in the manufacture of monocrystalline Bodies with a variety of different shapes. However, the invention is particularly suitable for molding parts for the production of relatively thin, wide, flat-planar silicon strips by the EFG process, and For the description that follows, this is the preferred embodiment and field of application of the invention based on. However, the choice of suitable materials is readily available to the person skilled in the art the shaping part-crucible combinations for pulling crystal bodies described below

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anderen kongruent schmelzenden Stoffen, welche in identifizierbaren Kristallgittern erstarren, anwendbar zu machen. Die Erfindung eignet sich darüber hinaus auch zum Ziehen anderer Materialien als eutektische Zusammensetzungen. other congruent melting substances, which in identifiable Crystal lattices solidify to make them applicable. The invention is also suitable for Drawing materials other than eutectic compounds.

In den Figg. 1 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kapillar-Formgebungsteils zum Ziehen von Siliciumband veranschaulicht. Das gezeigte Kapillar-Formgebungsteil weist einen Festkörperblock 20 aus Graphit mit einer im wesentlichen rechteckigen horizontalen Bodenfläche 22, zwei vertikal gerichteten parallelen Stirnseiten 24 und 26, entgegengesetzt geneigten Seitenflächen 28 und 30 sowie einer Formgebungs-Oberseite 32 auf. Die Formgebungs-Oberseite 32 entspricht nach Abmessung und Form im wesentlichen dem gewünschten Querschnitt für das zu ziehende Band. Beispielsweise soll die Formgebungs-Oberseite 32 zum Ziehen von Band von etwa 3 Zoll Breite und etwa 0,005 Zoll Dicke ihrerseits eine Abmessung von 3 Zoll χ 0,005 Zoll besitzen.In Figs. 1 to 3 is a preferred embodiment of a capillary forming part for drawing according to the invention illustrated by silicon tape. The capillary shaping part shown has a solid block 20 Graphite with a substantially rectangular horizontal bottom surface 22, two vertically directed parallel End faces 24 and 26, oppositely inclined side faces 28 and 30 and a shaping top 32 on. The shaping top 32 corresponds in terms of dimensions and shape of substantially the desired cross-section for the tape to be drawn. For example, the shaping top 32 for pulling tape of about 3 inches In turn, they are 3 "0.005" wide and about 0.005 "thick.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Block 20 derart verjüngt bzw. abgeschrägt ausgebildet, daß die Formgebungs-TJnterseite 22 in Draufsicht größer als die Formgebungs-Oberseite 32 ist. Die verjüngt zulaufende Ausbildung des Formgebungsteils in dieser Art ist vorzuziehen, weil sie dem Forgebungsteil eine höhere strukturelle Stabilität verleiht und die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Verletzung der Oberseite xtfährend der nachfolgend beschriebenen Erzeugung der Kapillaren verringert» Diese Überlegung ist besondexs bedeutsam im Falle von Formgebungsteilen, die zum Ziehen besonders dünnerAs can be seen in particular from Fig. 2, the block 20 is tapered or beveled in such a way that the The shaping bottom 22 is larger than the shaping top 32 in plan view. The tapered training the molding part in this type is preferable because it gives the molding part a higher structural Gives stability and the likelihood of inadvertent injury to the top xtf during the subsequent This consideration is particularly important in the case of Shaping parts that are particularly thinner for drawing

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Kristalle, beispielsweise von Siliciumbändern mit einer Dicke von 0,005 Zoll, bestimmt sind. Die keilförmig verjüngte Ausbildung des Formgebungsteils hat auch den weiteren Vorteil, daß die Kapillaren des Formgebungsteils Schmelze aus einer größeren Schmelzfläche aufzuziehen vermögen, wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch hervorgeht. Crystals such as silicon ribbons 0.005 inches thick are determined. The wedge-shaped tapered Forming the shaping part also has the further advantage that the capillaries of the shaping part Ability to draw up melt from a larger melt surface, as can be seen from the following description.

Ein wesentliches Merkmal und ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht in der Art, in welcher die Formgebungsteil-Kapillaren erzeugt werden. Wie insbesondere aus den Figg. 1 und 3 ersichtlich, sind die Kapillaren des Formgebungsteils in Form mehrerer Nuten oder Schlitze 36 geringer Tiefe ausgebildet, welche in den Seitenflächen 28 und 30 des Formgebungsteils vorgesehen sind. Die Schlitze 36 besitzen dabei jeweils eine für die Kapillarwirkung geeignete Abmessung und Form. Beispielsweise besitzen die Schlitze 36 bei der in den Figg. Λ bis 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung einen allgemein dreieckigen Querschnitt, mit einem Scheitelwinkel von etwa 60° und einer Scheitelhöhe von etwa 1/64· Zoll. Derartige Schlitze eignen sich gut zur Wirkung als Kapillaren für geschmolzenes Silicium. Jedoch können die Kapillarschlitze anderweitige Formgebungen und Abmessungen besitzen. Beispielsweise können die Kapillarschlitze als längliche Nuten mit halbkreisförmigem Querschnitt geeigneter Abmessung, wie bei 36A in Fig. 4- gezeigt, ausgebildet sein, oder als längliche Nuten mit einem im wesentlichen quadratischen Querschnitt geeigneter Abmessung, wie bei 36B in Fig. 5 gezeigt. Zur leichten Herstellbarkeit besitzen die Kapillarschlitze vorzugsweise eine Tiefe, die den zweifachen Wert ihrer Breite nicht übersteigt. Wie aus den Zeichnungs-An essential feature and a particular advantage of the invention consists in the way in which the shaping part capillaries are produced. As in particular from Figs. 1 and 3, the capillaries of the shaping part are designed in the form of a plurality of grooves or slots 36 of small depth, which are provided in the side surfaces 28 and 30 of the shaping part. The slots 36 each have a dimension and shape suitable for the capillary action. For example, the slots 36 in the FIG. The embodiment of the invention shown in FIGS. 1 through 3 has a generally triangular cross-section, having an apex angle of about 60 ° and an apex height of about 1 / 64th of an inch. Such slots work well as capillaries for molten silicon. However, the capillary slots can have other shapes and dimensions. For example, the capillary slots can be formed as elongated grooves with a semicircular cross-section of suitable size, as shown at 36A in FIG. 4-, or as elongated grooves with a substantially square cross-section of suitable size, as shown at 36B in FIG. For ease of manufacture, the capillary slots preferably have a depth that does not exceed twice their width. As from the drawing

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figuren ersichtlich, erstrecken sich die Kapillarschlitze 36, 36A bzw. 36B bis zur Formgebungsteil-Oberseite 32 und schneiden sich mit dieser. Vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, erstrecken sich die Schlitze 36, 36A bzw. 36B auch bis zur Formgebungsteil-Unterseite 22 und schneiden sich mit dieser.Figures can be seen, the capillary slots 36, 36A and 36B extend to the shaping part top 32 and intersect with this. Preferably, but not necessarily, the slots 36, 36A and 36B also up to the underside of the shaping part 22 and intersect with it.

Obzwar dies nicht unerläßlich ist, ist in der Formgebungsteil-Oberseite 32 vorzugsweise eine Blindöffnung bzw. ein Sackloch 40 vorgesehen. Die Blindöffnung 40 soll eine ausreichende Abmessung besitzen, um als Sammelraum für die Schmelze zu wirken, d. h. als Wärmereservoir zur Wärmezufuhr für den Mittelbereich des Formgebungsteils. Wie für den Fachmann ersichtlich, erleichtert das Sackloch 40 auch die Verteilung der Schmelze über die Breite der Formgebungsteil-Oberseite 32 während des Anschmelzens mit dem Ziehkeim.While not essential, it is in the top of the molding 32 preferably a blind opening or a blind hole 40 is provided. The blind opening 40 should be sufficient Have dimensions to act as a collecting space for the melt, i. H. as a heat reservoir for supplying heat for the central area of the shaping part. As will be apparent to those skilled in the art, the blind hole 40 also makes it easier the distribution of the melt over the width of the upper side 32 of the shaping part during melting with the Seed.

Der Block 20 des Formgebungsteils ist in einem Quarz- oder GrapMtschmelztiegel 42 angeordnet. Der Schmelztiegel ist herkömmlich ausgebildet und kann beispielsweise eine Bodenwandung 44 und eine zylindrische Seitenwandung 46 aufweisen, die zusammen einen Innenraum als Behälter für eine Schmelze 48 des zu ziehenden Materials, d. h. im beschriebenen Ausführungsbeispiel Silicium, bilden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist der das Formgebungsteil bildende Block 20 in der Schmelze 48 so angeordnet, daß die Formgebungsteil-Unterseite 22 einschließlich der unteren Enden der Kapillaren 36 unterhalb des. Spiegels der Schmelze 48 liegt, während sich die Formgebungsteil-Oberseite 32 oberhalb des Schmelzenspiegels befindet. Der Formgebungsblock 20 ist relativ bezüglich dem Schmelztiegel 42 in fester LageThe block 20 of the shaping part is arranged in a quartz or graph crucible 42. The melting pot is Conventionally designed and can, for example, have a bottom wall 44 and a cylindrical side wall 46, which together form an interior space as a container for a melt 48 of the material to be drawn, d. H. in the described Embodiment silicon form. As can be seen from FIG. 1, the block 20 which forms the molding part arranged in the melt 48 so that the shaping part underside 22 including the lower ends of the capillaries 36 lies below the level of the melt 48, while the shaping part top 32 is above the melt level. The shaping block 20 is relative with respect to the crucible 42 in a fixed position

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gehaltert, und zwar mittels geeigneter Halterungszapfen 50, welche sich durch Öffnungen in dem Formgebungsblock erstrecken und in entsprechenden öffnungen in der Wandung 46 des Schmelztiegels 42 aufgenommen werden. Alternativ können die Halterungszapfen so angeordnet sein, daß sie auf dem oberen Rand der Schmelztiegelwandung 46 aufruhen. Das Formgebungsteil und der Schmelztiegel sind in einem geeigneten Kristallziehofen angeordnet, beispielsweise einem Ofen des !Typs, wie er in Fig. 1 der US-Patentschrift 3 591 348 gezeigt ist.supported by means of suitable mounting pins 50, which extends through openings in the forming block extend and are received in corresponding openings in the wall 46 of the crucible 42. Alternatively the mounting pins can be arranged so that they rest on the upper edge of the crucible wall 46. The shaping part and the crucible are in one a suitable crystal pulling furnace, for example a furnace of the type shown in FIG. 1 of the U.S. Patent 3,591,348 is shown.

Der Fachmann erkennt, daß die erfindungsgemäße Ausbildung des Kapillar-Formgebungsteils eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Kapillar-Formgebungsteilen nach dem Stande der Technik bietet. Zum einen kann das Formgebungsteil einstückig ausgebildet und hergestellt sein. Ein weiterer Vorteil der Erfindung beruht auf dem Umstand, daß die Formgebungsteil-Kapillaren in den Außenflächen des Formgebungsteils angeordnet sind. Dies hat zur Folge, daß sich die Außenkanten der Formgebungsteil-Oberseite im wesentlichen auf der Temperatur der Schmelze befinden, wodurch sich das Anschmelzen des Ziehkeims vereinfacht. Außerdem verringert sich die Möglichkeit der Bildung und Ansammlung von Siliciumcarbidteilchen in den Kapillaren und/oder an der Formgebungsteil-Oberseite. Des weiteren können die Kapillaren mit hoher Genauigkeit nach einfachen Bearbeitungsverfahren hergestellt werden, beispielsweise mit einem Fräsrad oder mit einer Säge. Dies ist ein besonderer Vorteil im Falle spröder Werkstoffe, wie beispielsweise Graphit, da sich hierdurch die Gefahr einer Beschädigung des Formgebungsteilmaterials während der Herstellung der Kapillaren verringert. Es ist weiter vorteilhaftThe person skilled in the art recognizes that the inventive design of the capillary shaping part has a number of advantages over the known prior art capillary shaping parts. On the one hand, the shaping part be designed and manufactured in one piece. Another advantage of the invention is based on the fact that the shaping part capillaries are arranged in the outer surfaces of the shaping part. This has the consequence that the outer edges of the upper side of the molding part are essentially at the temperature of the melt, as a result of which the melting of the seed is simplified. It also reduces the possibility of education and Accumulation of silicon carbide particles in the capillaries and / or on the top of the forming part. Further the capillaries can be manufactured with high accuracy by simple machining processes, for example with a milling wheel or with a saw. This is a particular advantage in the case of brittle materials such as Graphite, as this reduces the risk of damage to the molding part material during manufacture of capillaries decreased. It is further beneficial

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auch im Fall sehr harter Werkstoffe für das Formgebungsteil, wie beispielsweise Molybdän (das zum Ziehen von Saphir verwendet wird), da eine äußere Nut weit einfacher herstellbar ist als eine Innenbohrung von Kapillarabmessung. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der besseren Kontrollmöglichkeit für die Temperatur entlang der Formgebungsteiloberseite. Der Fachmann erkennt, daß mit einer ausreichenden Anzahl von einander verhältnismäßig nahe benachbart angeordneten Kapillarnuten die Formgebungsteil-Oberseite praktisch isothermisch ausgebildet werden kann.also in the case of very hard materials for the molded part, such as molybdenum (which is used to pull sapphire), as an outer groove is far simpler can be produced as an inner bore of capillary dimensions. Another advantage of the invention is that Better control of the temperature along the top of the molding. Those skilled in the art will recognize that with a sufficient number of capillary grooves arranged relatively close to one another, the upper side of the molding part can be made practically isothermal.

Im folgenden Beispiel wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben»The following example is a preferred embodiment of the invention described »

Beispiel Beis piel

Zur Herstellung der in den Figg. 1 bis 3 gezeigten Anordnung aus Schmelztiegel und Formgebungsteil wird in der folgenden Weise vorgegangen:To produce the in Figs. 1 to 3 shown arrangement From the crucible and the shaping part, proceed as follows:

Es wird ein Formgebungs-Festkörperblock 20 aus Graphit mit folgenden Abmessungen hergestellt: mit einer rechteckigen Unterseite 22 von 0,250 χ 3ί>0 Zoll, schrägen rechteckigen Seitenflächen 28 und 30 von 2,75 x 3_s0 ZoIl₅, soxirie einer Oberseite 32 von 3 ^c 0„005 Zoll, Dieses Formgebungsteil wird in einem Graphitschmelstiegel 42 von 3d08 Zoll Durchmesser angeordnet. Der Formgebungsblock wird in seiner Stellung in dem Schmelztiegel durch. Graphitbolzen 50 gesichert. Die Seitenflächen 28 und 30 des Blocks 20 werden gemäß Fig. 1 mit V-förmigen Küken 36 versehen, die jeweilsA solid-state molding block 20 is produced from graphite with the following dimensions: with a rectangular bottom 22 of 0.250 3ί> 0 inches, inclined rectangular side surfaces 28 and 30 of 2.75 x 3 _s 0 inches ₅ , soxirie a top 32 of 3 ^ c 0 "005 inches. This molding is placed in a graphite crucible 42 of 3d08 inches in diameter. The forming block is through in place in the crucible. Graphite bolt 50 secured. The side surfaces 28 and 30 of the block 20 are provided with V-shaped chicks 36 as shown in FIG

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einen Scheitelwinkel von etwa 60° besitzen. Die Nuten 36 verlaufen im wesentlichen parallel zueinander mit einem gegenseitigen Abstand von etwa 0,120 Zoll, gemessen von Scheitel zu Scheitel. Die Nuten 36 erstrecken sich zwischen der Unterseite 22 und der Oberseite 32 des Formgebungsblocks. Der Schmelztiegel wird mit im wesentlichen reinem Silicium beschickt und sodann ein im wesentlichen monokristallines Siliciumband nach dem EFG-Verfahren gezogen, durch Ziehen des Bandes aus einem Schmelzfilm, welcher sich über die Oberseite 32 des Formgebungsteils erstreckt und mit der Schmelze in den Nuten 36 in Verbindung steht. Das geschmolzene Silicium in dem Schmelztiegel wird auf einer Temperatur von etwa 4-0⁰C über seinem Schmelzpunkt gehalten, während die Formgebungsteiloberseite auf einer Temperatur von etwa 10⁰C über dem Schmelzpunkt gehalten wird. Nach Einleitung des Ziehvorgangs wird die Ziehgeschwindigkeit auf einem Wert von etwa 3 Zoll pro Minute gehalten. Der Ziehvorgang wird fortgesetzt, bis im wesentlichen das gesamte Silicium in dem Schmelztiegel 4-2 aufgebraucht ist.have an apex angle of about 60 °. The grooves 36 are substantially parallel to one another with a spacing of about 0.120 inches from one another as measured from apex to apex. The grooves 36 extend between the bottom 22 and top 32 of the forming block. The crucible is charged with substantially pure silicon and then a substantially monocrystalline silicon ribbon is drawn by the EFG process by drawing the ribbon from a melt film which extends over the top 32 of the forming part and in contact with the melt in the grooves 36 stands. The molten silicon in the crucible is maintained at a temperature of about 4-0 ⁰ C above its melting point, while the shaping member top is maintained at a temperature of about 10 ⁰ C above the melting point. After the pull is initiated, the pull rate is maintained at a rate of about 3 inches per minute. The pulling process is continued until substantially all of the silicon in crucible 4-2 is used up.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, die selbstverständlich in mannigfachen Einzelheiten abgewandelt werden kann. Beispielsweise kann das Formgebungsteil aus zwei oder mehreren Stücken hergestellt werden, die miteinander in geeigneter Weise verbunden werden. In Fällen, wo die Seitenflächen und 30 an ihren oberen Enden genügend weit voneinander entfernt sind, können Kapillaren auch in den Stirn-Seitenflächen 24- und 26 vorgesehen werden. Die Formgebungsteile können mit einer Vielfalt von Formgebungen und Abmessungen hergestellt werden. So kann beispielsweise das Formgebungs-The invention has been described above on the basis of preferred exemplary embodiments explained, which can of course be modified in many details. For example The molding can be made from two or more pieces that fit together in a suitable manner Way to be connected. In cases where the side surfaces 16 and 30 at their upper ends are sufficiently far apart are removed, capillaries can also be provided in the end-face surfaces 24 and 26. The shaping parts can be manufactured in a variety of shapes and dimensions. For example, the shaping

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-4 Sr--4 Sr-

teil mit sechs schrägen Seitenflächen ausgebildet werden, so daß sich eine sechseckige obere Stirnfläche ergibt j ein derartiges Formgebungsteil ermöglicht das Ziehen von Sechseckstäben, wie dies zur Herstellung von Silicium-Solarzeilen vorteilhaft ist. Sämtliche oder auch nur einige der sechs schrägen Seitenflächen können dabei mit Kapillarschlitzen der beschriebenen Art versehen sein. Weitere mögliche Abweichungen bieten sich für den Fachmann ohne weiteres an.part with six inclined side surfaces, so that there is a hexagonal upper end face j such a shaping part enables the drawing of Hexagonal bars, such as those used to make silicon solar cells is advantageous. All or only some of the six inclined side surfaces can be included Be provided capillary slots of the type described. There are further possible deviations for those skilled in the art without further ado.

Zus ammenf as sungSummary

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verwendung in einem System zum Ziehen von Kristallkörpern aus der Schmelze. Die Vorrichtung weist ein erfindungsgemäßes Kapillar-Formgebungsteil auf, in welchem die Kapillaren durch eine oder mehrere in einer Seitenwandung des Formgebungsteils vorgesehene Schlitze oder Nuten gebildet werden. The invention relates to an apparatus for use in a system for pulling out crystal bodies the melt. The device has a capillary shaping part according to the invention, in which the capillaries be formed by one or more slots or grooves provided in a side wall of the shaping part.

Patentansprüche:Patent claims:

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Claims (8)

Pat ent ansprüchePatent claims 1. Vorrichtung zum Ziehen von Kristallkörpern vorgegebener Querschnittsform aus einer Ziehschmelze, wobei die Ziehschmelze über ein Kapillar-Formgebungsteil aus1. Apparatus for pulling crystal bodies specified Cross-sectional shape from a drawing melt, the drawing melt being made via a capillary shaping part einem Schmelztiegel gespeist wird und der Kristallkörper aus einer flussig/fest-Ziehgrenzfläche am oberen Ende des Kapillar-Formgebungsteils gezogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Kapillar-Formgebungsteil (20) an wenigstens zwei seiner Seitenwandungen (28, 30) t&it mehreren Kapillaren in Form von Nuten (36, Figg. 1 bis 3; 36A, Pig. 4; 36B₅ Fig. 5) von Kapillarabmessung versehen ist, welche sich, bis zum oberen Ende (32) des Formgebungsteils (20) erstrecken. a crucible is fed and the crystal body is drawn from a liquid / solid drawing interface at the upper end of the capillary shaping part, characterized in that the capillary shaping part (20) on at least two of its side walls (28, 30) t & it several capillaries in the form of grooves (36, Figs. 1 to 3; 36A, Pig. 4; 36B ₅ Fig. 5) of capillary dimension which extend to the upper end (32) of the molding part (20). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebungsteil im wesentlichen aus einem einstückigen Teil (20) besteht.2. Device according to claim 1, characterized in that that the shaping part consists essentially of a one-piece part (20). ο Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebungsteil (20) an seiner Oberseite (32) eine Ausnehmung (40) aufweist.ο Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the shaping part (20) has a recess (40) on its upper side (32). 4» Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarnuten (36; 36A; 36B) sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Formgebungsteils (20) erstrecken.4 »Device according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the capillary grooves (36; 36A; 36B) extend essentially over the entire length Extend the height of the shaping part (20). 9098U/09S99098U / 09S9 5· Vorrichtung nach, einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenflache oder Unterseite (22) des Formgebungsteils (20) in
Draufsichtprojektion größer als seine Oberseite (32)
ist.5. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the bottom surface or underside (22) of the shaping part (20) in
Plan projection larger than its top (32)
is. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite
(32) des Formgebungsteils in Draufsicht in Form eines
verhältnismäßig schmalen länglichen Rechtecks (32) ausgebildet ist.6. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the top
(32) of the shaping part in plan view in the form of a
is formed relatively narrow elongated rectangle (32). 7· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, zum Ziehen von Kristallkörpern aus Silicium, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebtingsteil (20)
aus Graphit besteht.7. Device according to one or more of the preceding claims, for pulling crystal bodies from silicon, characterized in that the shaping part (20)
consists of graphite. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (50) zur Halterung des Formgebungsteils (20) in dem Schmelztiegel
(42, 44, 46).8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized by means (50) for holding the shaping part (20) in the crucible
(42, 44, 46). 9» Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Formgebungsteil in Form eines sich nach oben verjüngenden Blocks
(20) mit rechteckförmiger Unter- und Oberseite (22 bzw. 32) ausgebildet ist, iirobei die Unterseite (22) in
Draufsicht größer als die Oberseite (32) ist.9 »Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the shaping part is in the form of an upwardly tapering block
(20) is designed with a rectangular bottom and top (22 and 32), with the bottom (22) in
Plan view is larger than the top (32). 909844/0939909844/0939