DE3872745T2

DE3872745T2 - Einkristallstab, verfahren und vorrichtung zu seiner ziehung aus einer schmelze.

Info

Publication number: DE3872745T2
Application number: DE8888105661T
Authority: DE
Inventors: Michio Kida; Akikuni Nozoe; Kensho Sahira
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2008-04-09
Also published as: EP0286133B1; EP0286133A1; JPS63252991A; US4973518A; DE3872745D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Monokristallstab, der zur Erzeugung von Halbleitereinrichtungen, Solarzellen oder dgl. verwendet wird; und sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stabes durch Ziehen aus einer Schmelze.
Zu dem ausgiebig benutzten Verfahren zur Herstellung eines Monokristallstabes, wie etwa eines Silicium-Halbleiterstabes oder eines Verbund-Halbleiterstabes, gehört das Czochralski-Verfahren, das einen Schritt zum Hochziehen eines Saatkristalls aus einer Schmelze in einem Tiegel umfaßt, während der Saatkristall und der Tiegel in der gleichen Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen in Drehung versetzt sind.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Monokristallstabes, der gemäß dem genannten Verfahren hergestellt ist. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Saatkristall, während das Bezugszeichen 2 einen Monokristallstab bezeichnet, der einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Der Monokristallstab 2 weist einen Halsabschnitt 3, der im Durchmesser kleiner als der Saatkristall 1 ist, einen zylindrischen Hauptstababschnitt 4, dessen Durchmesser der größte des Stabes 2 ist und dem Durchmesser des geforderten Stabes entspricht, und einen Schulterabschnitt 5 auf, der zur kontinuierlichen Anbindung des Halsabschnittes 3 an den Hauptstababschnitt 4 abgeschrägt ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Bodenabschnitt des Hauptstababschnittes 4, der abgeschrägt ist. Nur der Hauptstababschnitt 4 des Stabes 2 kann zur Herstellung von Halbleiterchips oder dgl. verwendet werden, wobei sein Durchmesser in Abhängigkeit vom Durchmesser des geforderten Stabes festgesetzt ist. Auch ändert sich der Durchmesser des Hauptstababschnittes 4 im allgemeinen etwas je nach der Genauigkeit bzw. Präzision zur Steuerung der Größe des Durchmessers. Daher soll er vorzugsweise dem Durchmesser des geforderten Stabes entsprechen, und die Veränderung des Durchmessers sollte so klein wie möglich sein, um den Hauptstababschnitt 4 so genau wie möglich herzustellen.
Der Halsabschnitt 3 ist so beschaffen, daß die Verschiebungsdichte des Saatkristalls 1 vor dem Herausziehen des Saatkristalls 1 mit einem vorbestimmten Durchmesser verringert ist und somit die Vollständigkeit des Kristalls erhöht wird. Wenn der Stab 2 beispielsweise aus einem Silicium-Halbleitermaterial besteht, beträgt der Durchmesser des Halsabschnittes 3 drei bis vier Millimeter und die Länge etwa mehrere zehn Millimeter. In diesem Falle liegt die Zugfestigkeit des Halsabschnittes 3 bei ungefähr höchstens 100 kgw. Aber auch wenn das Gewicht des Stabes 2 unter 100 kg liegt, wird der Halsabschnitt 3 oft beschädigt, mit dem Ergebnis, daß der Stab 2 schließlich herunterfällt, wenn der Stab 2 verdreht wird, oder wenn die auf den Stab 2 ausgeübte Kraft in Querrichtung verläuft. Wenn der Stab 2 infolge des Brechens des Halsabschnittes 3 herunterfällt, wird die Anlage zum Hochziehen des Stabes 2 ganz zerstört, und zusätzlich tritt ein Sicherheitsproblem auf, weil der heruntergefallene Stab 2 sehr schwer und heiß ist. Daher muß der Schritt des Hochziehens des Stabes 2 beendet sein, ehe das Gewicht des Stabes 2 für den Halsabschnitt 3 zu sehr zunimmt, um die Bruchbelastung auszuhalten, oder ehe die durch das Gewicht des Stabes 2 verursachte Zugkraft nahe an die maximale Zugfestigkeit des Halsabschnittes 3 herankommt oder diese überschreitet.
Gemäß einem herkömmlichen Verfahren wird der Stab 2 behutsam hochgezogen, so daß das Gewicht des Stabes 2 bei einem Wert bleibt, der erheblich unter dem Gewicht liegt, bei dem der Halsabschnitt 3 seine maximale Zugfestigkeit erreicht. Wenn das Gewicht des Stabes 2 einen vorbestimmten Wert erreicht hat, wird die Hochziehoperation beendet und der so erhaltene Stab 2 wird vom Saatkristall 1 abgeschnitten, woraufhin ein anderer Stab 2 wieder mit dem Saatkristall 1 nach oben gezogen wird. Alternativ wird gemäß einem anderen bekannten Verfahren der Stab 2 nach oben gezogen, während von Anfang an eine begrenzte Menge an Anfangssiliciummaterial in den Tiegel gefüllt wird, um die oben beschriebene Schwierigkeit zu vermeiden.
Die genannten üblichen Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die Produktivität sehr niedrig ist, weil die Länge des Stabes 2, die im Laufe eines einzelnen Operationsschrittes gezogen werden kann, begrenzt ist. Weiter ist die Verfügbarkeit der Anlage sehr gering.
Selbst wenn der Stab mit ausreichender Vorsicht nach oben gezogen wird, so daß das Gewicht des Stabes 2 unter einem vorbestimmten Wert bleibt, der von der mechanischen Stärke des Halsabschnittes 3 abhängt, kann die Möglichkeit nicht ausgeschlossen werden, daß der Halsabschnitt 3 beschädigt wird und der Stab 2 infolge unerwarteter Ursachen, wie etwa einem Erdbeben, einem mechanischen Stoß und dgl., herabfällt. Im Falle, daß der Stab 2, wie gesagt, herabfällt, wird der untere Teil der teueren Anlage, die einen Tiegel zur Aufnahme einer Schmelze, einen Suszeptor für den Tiegel, Beheizungseinrichtungen zur Erwärmung des Tiegels durch den Suszeptor und einen Zylinder zur Erhaltung der Wärme des Tiegels und des Suszeptors umfaßt, zerstört.
Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Monokristallstab zu erzeugen, der schwerer und länger als der herkömmliche Stab ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzeugung eines Monokristallstabes mit einem Auffangabschnitt, der den Stab am Herunterfallen hindert, auch dann, wenn durch Erdbeben, mechanische Stöße und dgl. Kräfte auf den Stab in Querrichtung ausgeübt werden; und der verhindert, daß der untere Teil einer Anlage zur Herstellung des Stabes zerstört wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Anlage mit erhöhter Verfügungbarkeit zur Herstellung des genannten Monokristallstabes.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens erhöhter Produktivität zur Erzeugung des genannten Monokristallstabes.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Monokristallstab geschaffen, der aus einer Schmelze mit kreisförmigem Querschnitt gezogen wird, mit einem Halsabschnitt, der im Durchmesser kleiner als ein Saatkristall ist, einem Hauptstab, der einstückig mit dem Halsabschnitt gebildet und im Durchmesser größer als der Halsabschnitt ist, und einem Schulterabschnitt, der zum Anbinden des Halbsabschnittes an den Hauptstababschnitt abgeschrägt ist und an einem Ende den gleichen Durchmesser wie der Halsabschnitt, am anderen Ende den gleichen Durchmesser wie der Hauptstab besitzt, dadurch gekennzeichent, daß der Hauptstababschnitt einen Auffangabschnitt aufweist, der im oberen Abschnitt des Hauptstababschnittes angebracht ist, wobei der Auffangabschnitt im Durchmesser größer als der Hauptstababschnitt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Anlage zur Herstellung eines Monokristallstabes geschaffen, mit einem Auffangabschnitt, der den Monokristallstab am Herunterfallen hindert, wobei die Anlage einen Tiegel zur Aufnahme einer Schmelze, eine Erwärmungseinrichtung zum Erwärmen des Tiegels, eine Trageinrichtung zum Tragen eines Saatkristalls und einen Aufzug zum Hochziehen der Trageinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzug ein äußeres Element mit einer Sicherheitsvorrichtung zum Halten des Stabes am Auffangabschnitt, falls der Stab fällt, und ein inneres Element zum Halten der Trageinrichtung aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Monokristallstabes geschaffen, mit einem Auffangabschnitt, der das Herunterfallen des Monokristallstabes verhindert, wobei das Verfahren eine Anlage mit einer Sicherheitsvorrichtung verwendet und folgende Schritte aufweist:
a) Herausziehen des unteren Endes des Saatkristalls aus einer Schmelze in einem Tiegel bei gleichzeitigem Drehen des Saatkristalls und des Tiegels;
b) Erhöhen der Geschwindigkeit zum Herausziehen des Saatkristalls bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Temperatur der Schmelze auf einem vorbestimmten Niveau;
c) allmähliches Verringern der Ziehgeschwindigkeit und der Temperatur der Schmelze;
d) erneutes Steigern der Ziehgeschwindigkeit, so daß der Durchmesser des Monokristallstabes den geforderten Durchmesser erreicht;
e) erneutes Verringern der Ziehgeschwindigkeit, nachdem der Durchmesser des Stabes dem geforderten Durchmesser entspricht,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) das allmähliche Verringern der Ziehgeschwindigkeit und der Temperatur der Schmelze bis zu dem Zeitpunkt umfaßt, in dem der Durchmesser des Stabes größer als der geforderte Durchmesser wird.
Die Erfindung und ihre Ausführungsformen werden nachfolgende unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Fig. 1 stellt eine schematische Seitenansicht dar, die einen herkömmlichen Monokristallstab zeigt;
Fig. 2 stellt eine schematische Seitenansicht dar, die einen Monokristallstab gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 3 stellt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Anlage zur Herstellung eines Monokristallstabes gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
Fig. 4 stellt eine partielle Draufsicht auf eine Sicherheitsvorrichtung bzw. Klemmvorrichtung einer Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung dar, die die Klemmelemente der Klemmeinrichtung in geöffneter Stellung zeigt;
Fig. 5 ist eine partielle Draufsicht entsprechend der Fig. 3, wobei jedoch die Klemmelemente in der geschlossenen Stellung stehen;
Fig. 6, 7 und 8 sind teilweise geschnittene Seitenansichten zur Veranschaulichung des Verfahrens zur Herstellung eines Monokristallstabes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 9 stellt eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
In Fig. 2 ist ein Monokristallstab 10 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der aus Silicium bestehende Monokristallstab 10 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt und umfaßt einen Halsabschnitt 3, der schlank ist; einen Hauptstababschnitt 4, der zylindrisch ist und einen Durchmesser entsprechend dem geforderten Stab besitzt; und einen Schulterabschnitt 5, der zum Anbinden des Halsabschnittes 6 an den Hauptstababschnitt 4 abgeschrägt ist. Das untere Ende des Hauptstababschnittes 4 ist als abgeschrägter Bodenabschnitt 6 ausgebildet. Weiter ist der Auffangabschnitt 11, der am oberen Ende des Hauptstababschnittes 4 gebildet ist, im Durchmesser größer als der eigentliche Stababschnitt 4. Er hindert den Stab 10 am Herunterfallen und verhindert damit entweder den Bruch des Stabes selber oder des unteren Teils der Anlage zur Herstellung des Stabes 10 aufgrund des durch den herabfallenden Stab 10 erteilten Stoßes. Wie erwähnt, besteht der Grund der Anbringung des Auffangabschnittes 11 am oberen Teil des Hauptstababschnittes 4 darin, daß der Auffangabschnitt 11 wegen seines größeren Durchmessers nicht leicht im mittleren oder unteren Teil des Hauptstababschnittes 4 angebracht werden kann, da beim Ziehschritt des Hauptstababschnittes 4 die Ziehgeschwindigkeit dieses Abschnittes und seine Temperatur konstant gehalten werden müssen, um die Qualität und den Durchmesser des Hauptstababschnittes 4 gleichmäßig zu halten. Wenn nämlich eine oder mehrere Betriebsbedingungen, wie beispielsweise die Ziehgeschwindigkeit des Hauptstababschnittes 4 und die Temperatur der Schmelze geändert werden, um den Auffangabschnitt 11 im mittleren oder unteren Teil des Hauptstababschnittes 4 herzustellen, verschlechtert sich die Qualität des so erhaltenen Hauptstababschnittes 4. In diesem Falle ergibt sich ein weiteres schwieriges Problem, das in der genauen Steuerung des Durchmessers des Hauptstababschnittes 4 besteht. Andererseits kann bei einem Hauptstababschnitt 4 mit Auffangabschnitt 11 am oberen Ende der Hauptstababschnitt durch den Auffangabschnitt 11 und die Sicherheitseinrichtung des Gerätes stabil und sicher gehalten werden, falls der Stab fällt, weil sich der Schwerpunkt des Stabes 10 in einer Position unterhalb des Auffangabschnittes 11 befindet und daher das Kippen des oberen Endes des Stabes nur minimal ist, wenn es überhaupt auftritt. Weiter ist die beschriebene Struktur insofern vorteilhaft, als der Auffangabschnitt 11, wenn der Hauptstababschnitt 4 hergestellt wird, bereits kühl geworden ist, weil er vor dem Schritt des Heraufziehens des Hauptstababschnittes 4 hergestellt wurde und daher seine mechanische Festigkeit bis auf ein Niveau erhöht worden ist, das ausreicht, den Stab beim Fallen aufzufangen.
Weiter ist der Durchmesser des Auffangabschnittes 11 um 6 mm größer als der Durchmesser des Hauptstababschnittes 4. Der Grund, warum der Durchmesser des Auffangabschnittes 11 so bemessen ist, daß er um mindestens 6 mm größer als der Durchmesser des Hauptstababschnittes ist, liegt darin, daß wenn der Hauptstababschnitt 4 von 0 auf eine Länge von 100 mm gewachsen ist, die Abweichung zwischen der kristallografischen Achse des Hauptstababschnittes 4 und der idealen Achse ungefähr 1 bis 2 mm beträgt. Darüber hinaus liegt die Änderung des Durchmessers des Hauptstababschnittes 4 oft zwischen ungefähr 1 bis 2 mm, so daß zwischen dem Sicherheitsabschnitt und der Halterungseinrichtung der Anlage ein Spalt bzw. ein Spiel solcher Größe vorgesehen sein muß, daß der Hauptstababschnitt 4 einwandfrei und zügig hergestellt werden kann. Weiter liegt der Grund, warum der Durchmesser des Auffangabschnittes 11 um 6 mm größer als der Durchmesser des Hauptstababschnittes 4 ist, darin, daß wenn der Auffangabschnitt 11 mit zunehmendem Gewicht des Hauptstababschnittes 4 entsprechend der mechanischen Festigkeit des Auffangabschnittes 11 vergrößert werden muß, die Produktivität im Falle, daß ein Stab mit dem größeren Durchmesser erzeugt wird, bei einem breiten Auffangabschnitt 11 entsprechend abnimmt, weil der Auffangabschnitt 11 nicht zur Herstellung von Halbleiterchips oder dgl. verwendet werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist eine Anlage zur Herstellung des erwähnten Stabes 10 gemäß Fig. 2 dargestellt. Es bezeichnen die Bezugszeichen: 20 eine Anlage mit einem Quartztiegel 21, der eine Schmelze 22 aus Silicium enthält; einen Suszeptor 23 aus Graphit, der in einem (nicht dargestellten) Ofen untergebracht ist, in dem sich auch der Tiegel 21 befindet; 24 eine Beheizungseinrichtung, wie beispielsweise ein Heizwiderstand, der um den Suszeptor 23 herum angeordnet ist; 25 eine Halterungseinrichtung, die den Saatkristall 1 hält; und 26 einen Aufzug mit einem Paar äußerer Elemente bzw. Schäfte 27, der sich in senkrechter Richtung bei gleichzeitiger Drehung bewegt, und mit einem inneren Element bzw. Draht 28 aus Metall, das sich in einem engen, zwischen den Schäften 27 definierten Spalt in senkrechter Richtung bewegt. Der Draht 28 dient zum Halten der Halterungseinrichtung 25. Die Sicherheitsvorrichtungen bzw. Sicherheitsabschnitte 29 besitzen einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt und sind an der inneren Oberfläche der Schäfte 27 befestigt. Die Sicherheitsabschnitte 29 umgeben den Stab 4 beim Hochziehen und unterstützen den Stab mit dem unteren Teil des Auffangabschnittes 11, wenn der Halsabschnitt 3 beschädigt oder abgebrochen ist. Bei der vorliegenden Anlage werden der Tiegel 21 und der Saatkristall 1 jeweils in entgegengesetzter Richtung gedreht.
In den Fig. 4 und 5 ist eine Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung mit einer Klemmeinrichtung 30 dargestellt, die im wesentlichen die gleiche Funktion wie die in Fig. 3 dargestellte Sicherheitsvorrichtung 29 besitzt. Die Klemmeinrichtung 30 umfaßt ein Paar bogenförmiger Klemmelemente 31, die miteinander durch ein Gelenk 32 verbunden sind, wobei eine (nicht dargestellte) Antriebseinrichtung die Klemmelemente 31 so betätigt, daß sie sich entsprechend dem Bewegungsfortschritt beim Hochziehen des Stabes 10 entweder zum Ablösen öffnen, wie Fig. 4 zeigt, oder sich zum Festklemmen des Hauptstababschnittes 4 schließen, wie Fig. 5 zeigt. Das Gelenk 32 ist an mindestens einer der jeweiligen inneren Oberflächen der Schäfte 27 befestigt. Nach Herstellung des Auffangabschnittes 11 im oberen Teil des Hauptstababschnittes 4 wird der die Klemmeinrichtung 30 tragende Schaft 27 vorzugsweise nach unten bewegt, so daß die Klemmeinrichtung 30 in eine Position unter dem Auffangabschnitt 11 gebracht werden kann. Dann wird die Klemmeinrichtung 30 mit einer Geschwindigkeit entsprechend der Hochziehgeschwindigkeit des Schaftes 27 nach oben bewegt.
Bezugnehmend auf die Fig. 6, 7 und 8 wird ein Verfahren zur Herstellung des in Fig. 2 dargestellten Stabes 10 unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Anlage beschrieben.
Zunächst wird der Tiegel 21 mit Silicium in Form von Klumpen gefüllt und dann durch den Heizwiderstand 24 auf den Schmelzpunkt des Silicium-Materials oder darüber hinaus erwärmt. Durch die Erwärmung schmilzt das im Tiegel 21 enthaltene Material, wobei die Schmelze kontinuierlich erwärmt wird, so daß sie sich nicht abkühlen kann.
Andererseits wird der Saatkristall 1 mit Hilfe der Halterungseinrichtung 25 vom Draht 28 hochgehalten, wie Fig. 6 zeigt.
Anschließend wird der Draht 28 solange nach unten bewegt, bis das untere Ende des Saatkristalls 1 in die Schmelze 22 eintaucht. Dann wird der Draht 28 bei gleichzeitigem Drehen allmählich nach oben gezogen, so daß das untere Ende des Saatkristalls 1 aus der Oberfläche der Schmelze 22 herausgezogen wird.
Während der Hochziehphase des Stabes 10 wird nur die Ziehgschwindigkeit des Saatkristalls 1 gesteigert, während die Temperatur der Schmelze auf konstantem Niveau gehalten wird, so daß der auf das untere Ende des Saatkristalls 1 folgende Halsabschnitt 3 derart aufgewachsen wird, daß sein Durchmesser kleiner als der Kristall 1 ist, wie Fig. 7 zeigt. Als nächstes wird die Geschwindigkeit sowie die Temperatur der Schmelze 22 allmählich verringert, so daß der auf den Halsabschnitt 3 folgende Schulterabschnitt 5 mit allmählich größer werdendem Durchmesser aufgezogen wird. Das Kristallwachstum wird unter den genannten Bedingungen solange fortgesetzt, bis der Durchmesser des Stabes genügend größer als der geforderte Durchmesser ist. Dann wird der Auffangabschnitt 11 gemäß Fig. 8 am unteren Teil des Schulterabschnittes 5 gebildet. Nach der Herstellung des Auffangabschnittes 11 wird die Geschwindigkeit erneut gesteigert, damit der Durchmesser des Abschnittes dem geforderten Abschnitt entspricht. Wenn der Durchmesser des Abschnittes dem geforderten Abschnitt enspricht, wird die hohe Geschwindigkeit auf niedrige Geschwindigkeit verringert, wobei diese dann beibehalten wird, um den Durchmesser des Stabes 4 konstant zu halten.
In Fig. 9 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Stab kann zusammen durch Abstützen des Saatkristalls 1 und des Auffangabschnittes 11 nach oben gezogen werden. Der Saatkristall 1 wird nämlich vom Draht 1 getragen, während der Auffangabschnitt 11 direkt von der Sicherheitseinrichtung 29 an den Schäften 27 getragen wird, da die Schäfte 27 und der Draht 28 zusammen mit gleicher Geschwindigkeit nach oben bewegt werden. Bei diesem Verfahren ist der Stab 10 schwerer und länger und kann sogar kontinuierlich gezogen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand des folgenden Beispiels näher beschrieben.

Beispiel

Es wurde ein Quartztiegel 21 mit 16 Inches Durchmesser hergestellt. Der Tiegel 21 wurde im Suszeptor 23 angeordnet, woraufhin der Tiegel 21 mit 50 kg stückigen Silicium-Materials gefüllt wurde. Anschließend wurde die Luft aus dem Ofen herausgeblasen und durch Argongas ersetzt. Der Heizwiderstand 24 wurde mit einer elektrischen Leistung von 80 kW gespeist, wobei der Suszeptor 23 auf 1500º C erwärmt wurde. Infolgedessen ging das im Tiegel 21 befindliche Silicium-Material in Schmelze und ergab die Schmelze 22.
Andererseits wurde ein Saatkristall 1 mit 10 mm Durchmesser hergestellt. Der Saatkristall 1 wurde durch die Halterungseinrichtung 25 vom Draht 28 gehalten.
Anschließend wurde der Draht 28 solange nach unten bewegt, bis das untere Ende des Saatkristalls 21 in die Schmelze 22 eintauchte. Dann wurde der Draht 28 mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 4 mm/Min bei gleichzeitigem Drehen mit 20 U/Min nach oben bewegt, so daß der Saatkristall 1 aus der Oberfläche der Schmelze 22 herausgezogen wurde. Weiter wurde der Tiegel 21 mit 10 U/Min in Umdrehung versetzt. Der Tiegel 21 und der Saatkristall 1 drehten sich in entgegengesetzten Richtungen. Dabei wurde der Halsabschnitt 4 mit einem Durchmesser von 1 mm und einer Länge von 30 mm gebildet.
Dann wurde die Ziehgeschwindigkeit des Saatkristalls 1 allmählich auf 0.3 mm/Min verringert, und auch die Temperatur der Schmelze 22 wurde auf ein niedrigeres Niveau verringert, um den auf den Halsabschnitt 3 folgenden Schulterabschnitt 5 aufzuziehen. Diese Phase wurde solange fortgesetzt, bis der Durchmesser des oberen Endes des Schulterabschnittes 5 um 10 mm größer als 100 mm wurde.
Anschließend wurde die Ziehgeschwindigkeit erneut auf 3 bis 4 mm/Min gesteigert, um ein weiteres Anwachsen des Durchmessers des Stabes 4 zu verhindern, so daß der Durchmesser des Abschnittes an 100 mm herankam. Als der Durchmesser 100 mm betrug, wurde die Geschwindigkeit erneut auf 1.5 mm/Min verringert. Dadurch wurde am unteren Ende des Schulterabschnittes 5 der Auffangabschnitt 11 erzeugt, wobei der Schulterabschnitt 5 in einer Länge von 8 mm gebildet wurde. Die Ziehgeschwindigkeit wurde beibehalten, um den auf den Auffangabschnitt 11 folgenden Hauptstababschnitt 4 anwachsen zu lassen, wobei das Hochziehen des Stabes solange fortgesetzt wurde, bis der Hauptstababschnitt 4 mit einem Durchmesser von 100 mm eine Länge von 500 mm aufwies.
Dann wurden die Sicherheitseinrichtung 29 und die Schäfte 27 etwa 30 mm unter dem Auffangabschnitt 11 in Stellung gebracht, so daß sie den Stab 10 umgaben, und anschließend wurden die Schäfte 27 mit der gleichen Geschwindigkeit nach oben gezogen, wie der Draht 28. Als der Stab 10 auf eine Länge von etwa 720 mm angewachsen worden war, wurde der Halsabschnitt 3 beschädigt, so daß der Stab 10 nach unten fiel. Der fallende Stab 10 wurde jedoch vom Auffangabschnitt 11 festgehalten, so daß der untere Teil der Anlage 20, einschließlich des aus Quartz bestehenden Tiegels 21, des aus Graphit bestehenden Suszeptors 23, des (nicht dargestellten) Drahtes im unteren Teil der Anlage und des aus Graphit bestehenden Heizwiderstandes 24 nicht ganz beschädigt wurden.

Claims

1. Monokristallstab (10), der aus einer Schmelze (22) mit kreisförmigem Querschnitt gezogen wird, mit einem Halsabschnitt (3), der im Durchmesser kleiner als ein Saatkristall (1) ist, einem Hauptstab (4), der einstückig mit dem Halsabschnitt (3) gebildet und im Durchmesser größer als der Halsabschnitt (3) ist, und einem Schulterabschnitt (5), der zum Anbinden des Halbsabschnittes (3) an den Hauptstababschnitt (4) abgeschrägt ist und an einem Ende den gleichen Durchmesser wie der Halsabschnitt (3), am anderen Ende den gleichen Durchmesser wie der Hauptstab (4) besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstababschnitt (4) einen Auffangabschnitt (11) aufweist, der im oberen Abschnitt des Hauptstababschnittes (4) angebracht ist, wobei der Auffangabschnitt (11) im Durchmesser größer als der Hauptstababschnitt (4) ist.

2. Monokristallstab nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser des Auffangabschnittes (11) so bemessen ist, daß er um 6 mm größer als der Durchmesser des Hauptstabschnittes (4) ist.

3. Anlage (20) zur Herstellung eines Monokristallstabes (10), mit einem Auffangabschnitt (11), der den Monokristallstab (10) am Herunterfallen hindert, wobei die Anlage einen Tiegel (21) zur Aufnahme einer Schmelze (22), eine Erwärmungseinrichtung (24) zum Erwärmen des Tiegels (21), eine Trageinrichtung (25) zum Tragen eines Saatkristalls (1) und einen Aufzug (26) zum Hochziehen der Trageinrichtung (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzug (26) ein äußeres Element (27) mit einer Sicherheitsvorrichtung (29, 30) zum Halten des Stabes (10) am Auffangabschnitt (11), falls der Stab (10) fällt, und ein inrieres Element (28) zum Halten der Trageinrichtung (25) aufweist.

4. Anlage nach Anspruch 3, bei dem die Sicherheitsvorrichtung (29, 30) einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt besitzt.

5. Anlage nach Anspruch 3, bei dem die Sicherheitsvorrichtung (29, 30) ein Klemmelement (30) zum Anklammern in einer Position aufweist, die tiefer als der Auffangabschnitt (11) des Monokristallstabes (10) liegt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Monokristallstabes (10), mit einem Auffangabschnitt (11), der das Herunterfallen des Monokristallstabes (10) verhindert, wobei das Verfahren eine Anlage (20) mit einer Sicherheitsvorrichtung (29) verwendet und folgende Schritte aufweist:

a) Herausziehen des unteren Endes des Saatkristalls (1) aus einer Schmelze (22) in einem Tiegel (21) bei gleichzeitigem Drehen des Saatkristalls (1) und des Tiegels (21);

b) Erhöhen der Geschwindigkeit zum Herausziehen des Saatkristalls (21) bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Temperatur der Schmelze (22) auf einem vorbestimmten Niveau;

c) allmähliches Verringern der Ziehgeschwindigkeit und der Temperatur der Schmelze (22);

d) erneutes Steigern der Ziehgeschwindigkeit, so daß der Durchmesser des Monokristallstabes (10) den geforderten Durchmesser erreicht;

e) erneutes Verringern der Ziehgeschwindigkeit, nachdem der Durchmesser des Stabes (10) dem geforderten Durchmesser entspricht,

dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c) das allmähliche Verringern der Ziehgeschwindigketi und der Temperatur der Schmelze (22) bis zu dem Zeitpunkt umfaßt, in dem der Durchmesser des Stabes (10) größer als der geforderte Durchmesser wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, das weiter das Hochziehen des Saatkristalls (1) beim Halten unter dem Auffangabschnitt (11) des Monokristallstabes (10) durch die Sicherheitseinrichtung (29) umfaßt.