DE3840445C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls aus einem eine geschmolzene Kristallkomponente enthalten­ den Tiegel mit einer Einrichtung zum Ziehen von Einkristallen mit Mittel zum Auftrennen des Raumes über der Oberfläche der geschmolzenen Kristallkomponente in einen ersten und in einen zweiten Bereich, wobei diese Mittel in die geschmolzene Kristall­ komponente eingetaucht sind, sowie mit Mittel zum Zuführen des Pulvers zum ersten Bereich, wobei der zweite Bereich dazu vorgesehen ist, daß in ihm ein Einkristall aus der geschmolzenen Kristallkomponente gezogen wird, und mit Mittel zum Halten der Mittel zum Auftrennen.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Ziehen eines solchen Einkristalls.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren ist aus der JP 57-183392 bekannt.

Bei der bekannten Vorrichtung wird die Aufteilung in den ersten und in den zweiten Bereich dadurch erreicht, daß in einen Tiegel ein an beiden Enden offener hohlzylindrischer Körper eingebracht wird. Der hohlzylindrische Körper wird dabei so weit in die im Tiegel aufgenommene geschmolzene Kristallkomponente eingetaucht, daß dessen Unterkante nur knapp über dem Boden des Tiegels zum Liegen kommt. Zugleich wird die axiale Länge des zylindrischen Hohlkörpers so gewählt, daß er über die Oberfläche der geschmol­ zenen Kristallkomponente hinausragt. In dem Innenraum, der durch den hohlzylindrischen Körper umgrenzt wird, wird aus der Flüssig­ keit ein Einkristall gezogen. Das zuzuführende feste Material, das dasjenige Material ausgleichen soll, das in Form eines Ein­ kristalls aus dem Tiegel abgezogen wird, wird im Bereich des Ringraumes zugeführt, der zwischen der Außenseite des eingetauch­ ten hohlzylindrischen Körpers und der Innenseite der äußeren Tiegelwand gebildet ist. Dadurch, daß der eingetauchte Hohlzylin­ der über die Oberfläche der geschmolzenen Kristallkomponente hinausragt, wird verhindert, daß auf der Oberfläche auftreffendes festes Material, das noch nicht geschmolzen ist, radial nach innen an den abgezogenen Einkristall gelangt.

Der hohlzylindrische Körper ist so tief in die geschmolzene Kristallkomponente eingetaucht, daß er in einem geringen Abstand über den Boden des Tiegels endet, um seine Funktion als Barriere auch in der Flüssigkeit auszuüben. Durch den tief eingetauchten hohlzylindrischen Körper steht dem in den Ringraum eingegebenen festen Material ausreichend Zeit zur Verfügung, in den flüssigen Zustand überzugehen, während das feste Material sich nach Auftreffen auf die Oberfläche nach unten bewegt. Durch die tief in den Tiegel eintauchende Barriere soll somit sichergestellt sein, daß nicht nur verhindert wird, daß auf der Oberfläche noch aufschwimmendes festes Material an den Einkristall gelangt, sondern daß auch in die Flüssigkeit eingetauchte gerade in den Schmelzzustand übergehende pastöse Partikel nicht radial in Richtung Mitte gelangen können, sondern zunächst einmal axial bis beinahe an den Boden des Tiegels zwangsläufig bewegt werden. Dadurch ist dann sichergestellt, daß das zugeführte Material auf jeden Fall in den flüssigen Zustand übergeführt worden ist, bis es die tief eingetauchte untere Kante der Barriere unter­ wandert und dann in den mittigen Raum in Richtung abgezogenem Kristall eintritt. Dadurch ist es dann auch möglich, das Material schubweise oder in sehr groben Partikeln zuzuführen.

Nachteilig an einer derartigen Vorrichtung ist, daß die Barriere neben ihrer mechanischen Barrierenfunktion auch eine Barriere gegenüber der Wärmeübertragung der von der Außenseite des Tiegels her zugeführten Wärmemenge darstellt, die notwendig ist, um in der Mitte des Tiegels, an der Stelle, an der der Einkristall abgezogen wird, die für diesen Vorgang günstigste Temperatur zu erzielen. Die in radialer Richtung gesehene Wärmeführung ist somit zusätzlich von dem Wärmeübergang von dem im äußeren Ringraum befindlichen geschmolzenen Material auf die Barriere einerseits, und dem Wärmeübergang von der Barriere in das mittige geschmolzene Material andererseits abhängig. Diese, in der Technik auch als "Doppelwandtiegel"-Struktur bekannte Kon­ struktion hat ferner den Nachteil, daß die Barriere in Form des tief in die geschmolzene Kristallkomponente eingetauchten zylindrischen Körpers eine Quelle von Kontaminationen für den zu ziehenden Einkristall darstellt. Da diese Kontaminationsquelle zwangsläufig näher am zu ziehenden Einkristall liegt, wie die entsprechend äußere umfängliche Ringwand des Tiegels, ist auch die Gefahr erhöht, daß Kontaminationen aus der Barriere unmittel­ bar in den zu ziehenden Einkristall übertreten. Darüberhinaus ist es insbesondere bei großen Vorrichtungen notwendig, die Barriere über entsprechend stabile Haltevorrichtungen zu halten, die dann wiederum eine Quelle einer Abfuhr von Verlustwärme aus dem geschmolzenen Material darstellen.

Aus der DE 35 34 807 A1 ist ein Gerät zum Abziehen von den­ dritischem Siliciumgewebe aus einer Siliciumschmelze bekannt. In dem daraus bekannten Tiegel sind Barriereeinrichtungen in das flüssige Silicium eingetaucht, die einen mittigen Raum, aus dem das dendritische Siliciumgewebe abgezogen wird, von äußeren Räumen trennen, in denen das nachzuführende ungeschmolze­ ne Silicium in fester Form zugegeben wird. Die Barrieren bestehen aus in den Tiegel einschiebbaren Wänden, die relativ geringe Öffnungen aufweisen, durch die das geschmolzene Silicium in den inneren Raum, aus dem das Siliciumgewebe abgezogen wird, eintreten kann. Die Barrieren stehen dabei über deren Bodenkanten abdichtend mit dem Boden des Tiegels in Verbindung. Die Öffnungen in den Barrieren, um den Durchtritt des geschmolzenen Siliciums zu ermöglichen, sind im Abstand über der Bodenkante der Barriere angeordnet, so daß im Bereich des Bodens des Tiegels auf jeden Fall flächig durchgehende Barrierebereiche vorhanden sind. Der Gegenstand der Erfindung dieses Dokumentes ist gegenüber dem darin aufgeführten Stand der Technik dahingehend ausgerichtet, daß die Barrieren mittig flächig durchgehend sind und daß, im Abstand vom Boden und auch im Abstand von der Oberkante, nur seitlich angeordnete Öffnungen vorhanden sind, über die das geschmolzene Silicium in den mittigen Raum eintreten kann. Es soll somit durch die Ausgestaltung der Erfindung dieses Dokumentes die Barrierewirkung noch weiter erhöht werden. Die Verfahrensweise ist derart, daß das zugeführte ungeschmolzene grobe Silicium in der Nähe des Bodens des Tiegels schmilzt, d. h. das zugeführte Silicium sackt durch die Schmelze zunächst auf den Boden des Tiegels, und erst nachdem es dort geschmolzen ist, kann es durch die relativ geringen Öffnungen überhaupt in die Mitte des Tiegelraumes, aus dem das Siliciumge­ webe abgezogen wird, eintreten. Daher sind die Barrieren im Bodenbereich auch vollständig geschlossen, d. h. um auf jeden Fall zu verhindern, daß auf dem Boden fallendes, noch unge­ schmolzenes Silicium überhaupt in den mittigen Bereich eintreten kann.

Auch bei dieser Vorrichtung ist es nachteilig, daß durch das Vorsehen von großflächigen Barrieren der Wärmetransport von der Außenseite in Richtung Innerem des Tiegels nur sehr schwierig zu kontrollieren ist, und daß auch die Gefahr besteht, daß im äußeren Raum Überhitzungen entstehen.

Einkristalle aus Silicium können nach der konventionellen Czochralski-Methode (CZ-Methode) hergestellt werden. Bei diesem Verfahren ist in einem Vakuumschmelzofen einer Einrichtung zum Ziehen von Einkristallen ein Tiegel vorgesehen. Polykri­ stallines Silicium im Tiegel wird zu geschmolzenem Silicium mittels einer ringförmigen Heizung erwärmt, die den Tiegel umrundet. Während des Ziehens eines Einkristalles wird poly­ kristallines Siliciumpulver in den Tiegel zugeführt, so daß eine bestimmte Höhe der Flüssigkeitsoberfläche an geschmolzenem Silicium und die Konzentration an Verunreinigung des geschmol­ zenen Siliciums konstant gehalten werden.

Da das zuzuführende polykristalline Siliciumpulver eine Par­ tikelgröße von etwa 100 µm bis etwa 3 mm aufweist, schweben Teile der feinen Partikel, nachdem diese aus einer Versor­ gungsleitung ausgestoßen wurden, in der Luft und erreichen die Fest-Flüssig-Grenzfläche des Einkristalles, ohne daß sie direkt auf die Flüssigkeitsoberfläche des geschmolzenen Sili­ ciums in dem Tiegel fallen. Als Ergebnis verschlechtert sich die Gleichmäßigkeit des wachsenden Kristalls. Ferner erreichen einige grobe Partikel des Pulvers die nähere Umgebung der Fest-Flüssig-Grenzfläche in einem festen Zustand, ohne daß diese sofort schmelzen.

Die von der Heizung erzeugte Wärme, wird von dem seitlichen, umfänglichen Bereich des Tiegels her übertragen und in der geschmolzenen Kristallkomponente findet eine Wärmekonvektion statt. Die Strömungsrichtungen der Wärmekonvektion verlaufen in der Nähe des seitlichen, umfänglichen Bereichs des Tiegels in einer nach oben gerichteten Richtung, in der Nähe der Flüssigkeitsoberfläche der geschmolzenen Kristallkomponente in einer nach innen gerichteten Richtung, in der Nähe der Mittel­ achse des Tiegels in einer nach unten gerichteten Richtung, und in der Nähe des Bodens des Tiegels in einer nach außen gerichteten Richtung, so daß Wärme, die von der Heizung über den seitlichen, umfänglichen Bereich des Tiegels in die ge­ schmolzene Kristallkomponente übertragen wird, rasch in Richtung Mitte des Tiegels überführt werden kann. Die Temperatur an der Flüssigkeitsoberfläche der geschmolzenen Kristallkomponente liegt daher in der Nähe der Temperatur der Fest-Flüssig-Grenz­ fläche des Einkristalls im Tiegel. Demzufolge kann das poly­ kristalline Pulver nicht rasch schmelzen. Es ist daher möglich, daß nicht geschmolzenes Pulver mit dem Einkristall, während dieser gezogen wird, vermischt wird, so daß die Qualität des Einkristalles abnimmt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß unter Beibehaltung des Ausschlusses von Triften von zugegebenem noch ungeschmolzenem Material in Richtung des mittigen Raumes, in dem der Einkristall gezogen wird, eine einfachere und bessere Wärmeführung erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird das bei der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 erzielt.

Beim Verfahren wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst.

Durch diese Maßnahme ist nach wie vor sichergestellt, daß auf der Oberfläche schwimmendes Pulver nicht in den mittigen Bereich, in dem der Einkristall gezogen wird, gelangen kann. Im Bereich knapp über und unter der Oberfläche stellen die Mittel zum Auftrennen eine Barriere im Sinne des eingangs genannten Standes der Technik dar, aber eben nur in diesem Bereich, wodurch in diesem Bereich auch ein gewisser Wärmestau der von der Außenseite des Tiegels zugeführten Wärme entsteht, der dafür sorgt, daß das zugeführte Pulver, das dann entsprechend feinpulverisiert ist, unmittelbar nach Auftreffen auf die Oberfläche schmilzt. Dadurch, daß die Auftrennmittel eben nur mit einer geringen Tiefe in den im Tiegel aufgenommenen geschmolzenen Material eintauchen, ist unterhalb dieser Mittel, praktisch im gesamten Tiegel, eine ungehinderte Wärmekonvektion möglich, die durch die geschmolzene Kristallkomponente als solche, die Ausmaße des Tiegels und die Heizleistung der Heizung beeinflußt wird, somit aufgrund dieser wenigen Einflußparameter sehr einfach zu steuern ist, wobei die Wärmekonvektion nicht mehr durch tief eingetauchte Barrieren gehindert ist.

Vorzugsweise bestehen die Mittel zum Auftrennen und die Mittel zum Halten aus hochreinem Quarz, und die Mittel zum Halten weisen eine Vielzahl an Stäben auf.

Höchst vorzugsweise enthalten die Mittel zum Auftrennen ein Plattenelement, das vertikal angeordnet ist. Das Plattenelement ist an eine Pulverzuführleitung be­ festigt, wobei die Mittel zum Halten zwischen dem Plattenelement und der Leitung angeordnet sind. Beide Seitenkanten der Mittel zum Auftrennen sind im Abstand von, jedoch nahe der inneren Umfangsfläche des Tiegels angeordnet. Die obere Kante des Plattenelements ist überhalb des Öffnungsendes der Leitung angeordnet.

Die untere Kante des Plattenelements ist in die Flüssigkeitsoberfläche im Tiegel eingetaucht. Auch in diesem Fall kann verhindert werden, daß das von der Leitung zugeführte Pulver, das in der Luft und auf der Flüssigkeitsoberfläche vorhanden ist, sich in die Nähe der Fest-Flüssig-Grenzfläche bewegt. Die Flüssigkeits­ oberfläche und der Raum zum Zuführen des kristallinen Materials, kann durch die Wärme, die von einer Heizung erzeugt wird, die längs des seitlichen umfänglichen Bereiches des Tiegels ange­ ordnet ist, bei einer hohen Temperatur gehalten werden. Daher kann das von der Leitung zugeführte Pulver rasch geschmolzen werden.

Das Plattenelement kann aus einem halbzylindrischen Element bestehen, das längs einer längsverlaufenden Ebene, die den Durchmesser desselben enthält, geschnitten ist. Das halbzylin­ drische Element weist einen Krümmungsradius auf, der nicht größer als 80 mm ist, vorzugsweise 40 mm beträgt, falls der Innendurchmesser des Tiegels 40,64 cm (16 inch) beträgt.

Das Plattenelement kann ein halbelliptisches Element sein, das längs einer längsverlaufenden Ebene, die die Hauptachse einschließt, geschnitten ist.

Ebenfalls bevorzugt können die Mittel zum Auftrennen eine ringförmige Wand aufweisen, deren Innendurchmesser gröber ist als der Durchmesser des zu ziehenden Einkristalles. Die ring­ förmige Wand ist koaxial mit dem Tiegel angeordnet, weist ein unteres Ende auf, das unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche der Kristallschmelze angeordnet ist, und sie ist mit dem Tiegel durch die Mittel zum Halten zwischen der ringförmigen Wand und dem Tiegel befestigt.

Der Innendurchmesser der ringförmigen Wand ist etwa 160 bis 240 mm, vorzugsweise 200 mm größer als der Durchmesser des zu ziehenden Einkristalles.

Die ringförmige Wand kann eine Vielzahl an Ringen, vorzugsweise zwei Ringen aufweisen, die koaxial mit dem Tiegel in einer Mehrfachanordnung positioniert sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische teilweise Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische teilweise Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausfüh­ rungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt, der die Anordnung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ziehen zeigt, und

Fig. 5 eine ausschnittsweise geschnittene Darstellung einer Abwandlung der Anordnung von Fig. 4.

Ein in Fig. 1 dargestellter zylindrischer Quarztiegel 1 (ein schalenförmiger Tiegel) ist von einer (hier nicht dargestellten) ringförmigen Heizung umrundet. Der Tiegel 1 ist in einem luftleeren Raum in einem Vakuumschmelzofen befestigt, der in einer Einrichtung zum Ziehen von Einkristallen verwendet wird. Der Innendurchmesser des Tiegels beträgt 40,64 cm (16 inch). Polykristallines Silicium, das im Tiegel 1 enthalten ist, ist aufgrund der Wärme, die von der Heizung erzeugt wurde, ge­ schmolzen, so daß geschmolzenes Silicium 2 als geschmolzene Kristallkomponente vorliegt. Zur Aufrechterhaltung der Kon­ zentration an Verunreinigungen im geschmolzenen Silicium in konstanter Art und Weise, führen (hier nicht dargestellte) Zuführmittel ein polykristallines Siliciumpulver (kristallines Material) zu einer Flüssigkeitsoberfläche 4 des geschmolzenen Siliciums 2, wie dies durch einen Pfeil 20 angedeutet ist, und zwar durch eine Zuführungsleitung 3 für das kristalline Material, die aus Quarz hergestellt ist und die einen Boh­ rungsdurchmesser von 10 mm aufweist. Das äußere Ende der Leitung 3 ist in der Nähe des umfänglichen Abschnittes des Tiegels 1 angeordnet. Der Abstand zwischen dem offenen Ende der Leitung 3 und der Flüssigkeitsoberfläche 4 beträgt 20 mm. Die Verteilung der Partikelgröße des zugeführten Pulvers liegt von etwa 100 µm bis etwa 3 mm.

Ein halbzylindrisches Element 6, das aus Quarz hergestellt ist und das als Trennmittel dient, ist durch Quarzstäbe 12 an einen Endbereich der Leitung 3 befestigt, so daß die Leitung 3, die oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 4 angeordnet ist, teilweise umschlossen ist. Das halbzylindrische Element 6 trennt den Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 4 in zwei Räume auf. Derjenige abgetrennte Raum, der die Leitung 3 enthält, stellt den Raum zum Zuführen des kristallinen Materials dar, und der andere abgetrennte Raum stellt den Raum zum Ziehen des Einkristalles dar. Die Leitung 3 und das halbzylindrische Element 6 sind durch Anschmelzen an die Stäbe 12 befestigt.

Das halbzylindrische Element 6 weist vorzugsweise einen Krüm­ mungsradius von 40 mm, eine Höhe von 50 mm und eine Platten­ stärke von 3 mm auf. Der Durchmesser jedes Stabes 12 beträgt 5 mm.

Das halbzylindrische Element 6 ist derart angeordnet, daß ein geringer Abstand zwischen den beiden Seitenkanten des halb­ zylindrischen Elements 6 und der inneren umfänglichen Fläche des Tiegels 1 gebildet ist. Als Ergebnis wird nicht nur ein Drehen des Tiegels 1 ermöglicht, sondern es ist auch erreicht, daß kein Pulver außerhalb des halbzylindrischen Elements 6 in der Luft schwebt oder wirbelt, d. h., daß kein Pulver bis zur Fest-Flüssig-Grenzfläche des zu ziehenden Einkristalles (nicht dargestellt) gelangt.

Die untere Kante des halbzylindrischen Elements 6 kann, vor­ zugsweise 5 mm in das geschmolzene kristalline Material 2 eintauchen. Wird derart verfahren, so ist nicht nur möglich, den Tiegel 1 zu drehen, sondern es kann auch verhindert werden, daß Pulver aus der Leitung 3 in der Luft oder auf der Flüssig­ keitsoberfläche 4 außerhalb des halbzylindrischen Elements 6 befindlich ist, d. h., daß dieses nicht bis zur Fest-Flüssig- Grenzfläche eines zu ziehenden Einkristalles (nicht dargestellt) gelangt. Zusätzlich kann das geschmolzene Silicium 2, das innerhalb des halbzylindrischen Elements 6 angeordnet ist, durch die von der Heizung erzeugte Wärme bei einer hohen Temperatur gehalten werden. Demzufolge kann das von der Leitung 3 zugeführte Pulver rasch geschmolzen werden.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 werden gleiche Bauteile wie in Fig. 1 mit denselben Bezugsziffern versehen und eine Erläuterung ihres Aufbaus und ihrer Struktur wird unterlassen.

Eine in Fig. 2 dargestellte gekrümmte Platte 8 ist aus Quarz hergestellt und dient als Mittel zum Auftrennen. Die Platte 8 weist einen Krümmungsradius von etwa 180 mm, eine horizontale Länge von 150 mm, eine Höhe von 40 mm und eine Plattenstärke von 3 mm auf. Sie weist einen bogenförmigen Plattenabschnitt 7 auf, der vertikal und koaxial mit dem Tiegel 1 angeordnet ist. Sie enthält ferner zwei ebene Plattenabschnitte 9, 9′, die jeweils an den beiden seitlichen Enden des bogenförmigen Plattenabschnittes 7 angeordnet sind, einstückig mit diesem ausgebildet und sich schräg von der äußeren umfänglichen Seite des bogenförmigen Plattenabschnittes 7 weg erstrecken. Jeder der ebenen Plattenabschnitte 9, 9′ weist eine horizontale Länge von 30 mm, eine Höhe von 40 mm und eine Plattenstärke von 3 mm auf. Der bogenförmige Plattenabschnitt 7 ist durch die Stäbe 12 an der Leitung 3 befestigt und sie trennt den Raum oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche 4 in zwei Räume auf. Derjenige abgetrennte Raum, der die Leitung 3 enthält, stellt den Raum zum Zuführen des kristallinen Materials dar und der andere Raum dient zum Ziehen des Einkristalles. Der Abstand zwischen dem Tiegel 1 und dem bogenförmigen Plattenabschnitt 7 ist derart, daß ein geringer Abstand zwischen jeder Seiten­ kante des ebenen Plattenabschnitts 9 bzw. 9′ und der inneren umfänglichen Wandung des Tiegels 1 geschaffen ist. Die untere Kante der gekrümmten Platte ist, vorzugsweise 5 mm, in die geschmolzene Kristallkomponente 2 eingetaucht.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 hat dieselben Auswirkungen, wie dies durch die Materialzuführungsleitung von Fig. 1 erreicht wird. Die gekrümmte Platte 8 hat den zusätzlichen Effekt, daß bei einem Drehen des Tiegels 1 die geschmolzene Kristallkom­ ponente 2 sich im Hinblick auf den bogenförmigen Plattenab­ schnitt 7 sanft im Kreis bewegen kann, da der bogenförmige Plattenabschnitt 7 längs des Umfanges des Tiegels 1 angeordnet ist.

Bei einem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein äußerer Ring 10 (Ringwand) aus Quarz hergestellt, weist eine Stärke von 3 mm, einen Innendurchmesser von 375 mm und eine Höhe von 20 mm auf. Ein innerer Ring 11 (Ringwand) ist aus Quarz hergestellt und weist eine Stärke von 3 mm, einen Innen­ durchmesser von 325 mm und eine Höhe von 20 mm auf. Der innere Ring 11 verläuft koaxial mit dem äußeren Ring 10. Der äußere Ring 10 und der innere Ring 11 sind durch vier Stäbe 13, die aus Quarz bestehen und die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, miteinander verbunden. Der Durchmesser jedes Stabes 13 beträgt 5 mm. Die Stäbe 13 sind an die Ringe 10 bzw. 11 durch Anschmelzen befestigt. An der äußeren Umfangsfläche des äußeren Ringes 10 sind vier Stäbe 14 in entsprechender Anordnung, wie die Stäbe 13, durch Schweß- oder Schmelzmittel befestigt. Die Stäbe 13 bzw. 14 erstrecken sich in radialen Richtungen. Jeder der Stäbe 14 weist einen Durchmesser von 5 mm auf und ist aus Quarz hergestellt.

Wie aus Fig. 4 zu entnehmen, sind die Ringe 10 bzw. 11 dadurch im Tiegel 1 gehalten, daß die Enden der Stäbe 14 an der inneren umfänglichen Wand des Tiegels 1 durch Verschweißen oder Ver­ schmelzen befestigt sind.

Alternativ dazu können, wie in Fig. 5 dargestellt, die Enden der Stäbe 14 in entsprechende Nuten 17, die im Tiegel 1 ein­ geformt sind, eingeschoben werden, so daß dadurch diese in ihrer Lage fixiert sind.

In der jeweiligen festen Lage der Stäbe 14 sind die Ringe 10 bzw. 11 derart in vertikaler Richtung positioniert, daß die Flüssigkeitsoberfläche 4 der geschmolzenen Kristallkomponente 2 im Tiegel 1 etwa auf der halben Höhe der Ringe 10 bzw. 11 zum Liegen kommt, wobei die Ringe den Raum oberhalb der Flüs­ sigkeitsoberfläche 4 in drei Räume aufteilen. Derjenige abge­ trennte Raum, der die Leitung 3 aufnimmt, ist der Raum zum Zuführen des kristallinen Materials. Derjenige Raum, der die Mitte des Tiegels 1 einschließt, dient zum Ziehen eines Ein­ kristalls 15.

Die Flüssigkeitsoberfläche 4 wird dabei so gesteuert, daß sie auf einem konstanten Niveau gehalten wird, so daß verhindert wird, daß sich die Flüssigkeitsoberfläche 4 nach unten bewegt, während sich das geschmolzene Silicium in den festen Zustand beim Ziehen des Einkristalles 15 umwandelt. Dazu wird beispiels­ weise eine kontrollierte Menge an polykristallinem Silicium­ pulver 5 durch eine Leitung 3 in den Tiegel 1 geführt, wobei dies durch nicht dargestellte Mittel zum Zuführen von polykri­ stallinem Siliciumpulver erfolgt. Der Abstand zwischen dem Boden des Tiegels 1 und den unteren Enden der Ringe 10 bzw. 11 ist derart, daß die Wärmekonvektion des unterhalb der unteren Enden der Ringe 10, 12 gelegenen geschmolzenen Siliciums ohne Behinderung im gesamten horizontalen Querschnittsbereichs des geschmolzenen Siliciums 2 stattfinden kann, wie dies in Fig. 4 durch Pfeile 18 angedeutet ist. Die Größenverteilung der Partikel des Pulvers 5 bewegt sich zwischen 100 µm und etwa 3 mm.

In der Nähe eines zwischenliegenden Bereiches der Leitung 3 ist eine elektrische Heizung 16 angeordnet, um das Pulver 5, das durch die Leitung 3 gefördert wird, zu erwärmen, so daß das Pulver 5 einfach und rasch im Tiegel 1 geschmolzen werden kann.

Die Arbeitsweise des Tiegels und seiner zugehörigen Elemente wird nachfolgend erläutert.

Erzeugt die (hier nicht dargestellte) um den Tiegel 1 angeord­ nete ringförmige Heizung Wärme, so wird ein Wärmekonvektions­ strom 18 im geschmolzenen kristallinen Silicium oder der Komponente 2 im Tiegel 1 erzeugt. Aufgrund der Tatsache, daß die Ringe 10, 11 etwa 10 mm in die geschmolzene Komponente 2 eingetaucht sind, kann durch die Ringe 10 bzw. 11 die Wärme­ konvektion in die nach innen gerichtete Richtung am Oberflächen­ bereich der geschmolzenen kristallinen Komponente 2 behindert werden. Daher kann Wärme, die von der Heizung durch die seit­ lichen Umfangsbereiche des Tiegels 1 auf die geschmolzene kristalline Komponente 2 übertragen wird, daran gehindert werden, in die Nähe der Fest-Flüssig-Grenzfläche des zu ziehen­ den Einkristalles 15 weiter überführt zu werden. Als Ergebnis wird erhalten, daß die Temperatur insbesondere in einem Ober­ flächenbereich der geschmolzenen kristallinen Komponente 2 zwischen der äußeren Fläche des Ringes 10 und der inneren Oberfläche des Tiegels 1 erhöht wird.

Demzufolge kann, falls das Pulver 5 durch die Leitung 3 in den Raum zwischen dem Ring 10 und dem Tiegel 1, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, zugeführt wird, das Pulver rasch im Oberflächenbereich der geschmolzenen Kristallkomponente ge­ schmolzen werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Ziehen eines Einkristalls, mit einem Tiegel (1) und einer Einrichtung zum Ziehen von Einkristallen (15), mit

• a) Mitteln zum Auftrennen des Raumes über der Oberfläche der geschmolzenen Kristallkomponente (2) in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich, wobei diese Mittel nur gerade soweit in die geschmolzene Kristal­ komponente (2) eingetaucht sind, daß ein Transport von ungeschmolzenem, im Ober­ flächenbereich schwimmendem Material von dem ersten in den zweiten Bereich verhindert ist,
• b) Mitteln zum Zuführen eines Pulvers (5) mit einer Teilchengröße zwischen ungefähr 100 µm und 3 mm zu dem ersten Bereich, wobei der zweite Bereich dazu vorgesehen ist, daß in ihm ein Einkristall (15) aus der geschmolzenen Kristallkomponente (2) gezogen wird,
• c) Mitteln zum Halten der Mittel zum Auftrennen, und
• d) einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des Niveaus der Flüssigkeitsoberfläche.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auftrennen und die Mittel zum Halten aus Quarz hergestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Halten eine Vielzahl an Stäben (12, 13, 14) aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auftrennen ein Platten­ element (6, 7, 8) aufweisen, das vertikal angeordnet ist, und daß die Mittel zum Zuführen eine Leitung (3) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Halten eine Vielzahl an Stäben (12) auf­ weisen, die zwischen dem plattenförmigen Element (6, 7, 8) und der Leitung (3) angeordnet sind und diese miteinander verbinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seitenkanten der Mittel zum Auftrennen mit geringem Abstand zur inneren Umfangsfläche des Tiegels (1) angeordnet sind, und daß die obere Kante des Plattenelementes (6, 7, 8) oberhalb des offenen Endes der Leitung (3) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenelement als halbzylindrisches Element (6) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Plattenelement als halbelliptisches Element ausgebildet ist, das längs einer längsverlaufenden Ebene, die die Hauptachse einschließt, geschnitten ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auftrennen zumindest eine ringförmige Wand (10, 11) aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine ringförmige Wand (10, 11) koaxial zum Tiegel (1) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine ringförmige Wand (10, 11) am Tiegel (1) befestigt ist, und, daß die Mittel zum Halten zwischen der ringförmigen Wand (10, 11) und dem Tiegel (1) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der zumindest einen ringförmigen Wand (10, 11) etwa um 160 bis 240 mm größer als der Durchmesser des zu ziehenden Einkristalles (15) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der zumindest einen ringförmigen Wand um 200 mm größer als der Durchmesser des zu ziehenden Einkristalles (15) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auftrennen eine Vielzahl an Ringen (10, 11) aufweisen, die koaxial im Tiegel (1) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwei konzentrische Ringe (10, 11) enthalten sind.

16. Verfahren zum Ziehen eines Einkristalls aus einem Tiegel (1), mit einer Einrichtung zum Ziehen von Einkristallen (15), mit den Schritten

• a) Auftrennen des Raumes über der Oberfläche der ge­ schmolzenen Kristallkomponente (2) in einen ersten Bereich und in einen zweiten Bereich, wobei Mittel zum Auftrennen nur gerade soweit in die geschmolzene Kristallkomponente (2) eintauchen, daß ein Transport von ungeschmolzenem, in Ober­ flächenbereich schwimmendem Material von dem ersten in den zweiten Bereich verhindert ist,
• b) Zuführen eines Pulvers (5) mit einer Teilchengröße zwischen ungefähr 100 µm und 3 mm zu dem ersten Bereich, wobei im zweiten Bereich aus der geschmol­ zenen Kristallkomponente (2) ein Einkristall (15) gezogen wird,
• c) Halten der Mittel zum Auftrennen, und
• d) Konstanthalten des Niveaus der Flüssigkeitsoberfläche mittels einer Regeleinrichtung.