[go: up one dir, main page]

DE102008026811B4 - Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium - Google Patents

Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium Download PDF

Info

Publication number
DE102008026811B4
DE102008026811B4 DE102008026811A DE102008026811A DE102008026811B4 DE 102008026811 B4 DE102008026811 B4 DE 102008026811B4 DE 102008026811 A DE102008026811 A DE 102008026811A DE 102008026811 A DE102008026811 A DE 102008026811A DE 102008026811 B4 DE102008026811 B4 DE 102008026811B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
silicon
crucible
bodies
granules
rods
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102008026811A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102008026811A1 (de
Inventor
Albrecht Mozer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centrotherm Sitec GmbH
Original Assignee
Centrotherm Sitec GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centrotherm Sitec GmbH filed Critical Centrotherm Sitec GmbH
Priority to DE102008026811A priority Critical patent/DE102008026811B4/de
Priority to US12/478,156 priority patent/US8236066B2/en
Priority to CN200910143991A priority patent/CN101691220A/zh
Publication of DE102008026811A1 publication Critical patent/DE102008026811A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102008026811B4 publication Critical patent/DE102008026811B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/02Silicon
    • C01B33/037Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B28/04Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids
    • C30B28/06Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure from liquids by normal freezing or freezing under temperature gradient
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02Elements
    • C30B29/06Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

Verfahren zum Aufschmelzen von Silizium, bei welchem – Siliziumkörper (4; 14; 24) in einem beheizbaren Tiegel (6) angeordnet werden (42) und der Tiegel (6) erhitzt wird (46), – zumindest ein Teil der bei Anordnung (42) der Siliziumkörper (4; 14; 24) in dem Tiegel (6) zwischen Tiegelwandungen (7) und Siliziumkörpern (4; 14; 24) oder zwischen massiven Teilen der Siliziumkörper (4; 14; 24) entstehenden Hohlräume (10) wenigstens teilweise mit Siliziumgranulat (8; 18, 20; 28) aufgefüllt wird (44), – die Siliziumkörper (4; 14; 24) von einem Siliziumausgangsmaterial (2) abgetrennt werden (40) und derart dimensioniert werden (40), dass sie in dem Tiegel (6) anordenbar sind, – als Siliziumausgangsmaterial (2) ein Element aus der Gruppe umfassend Siliziumstäbe (2) und Siliziumröhren verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – Siliziumausgangsmaterial (2) verwendet wird, welches mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase hergestellt wurde, und – das Abtrennen (40) der Siliziumkörper...

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Aufschmelzen von Silizium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie von einer Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
  • Silizium stellt das Ausgangsmaterial für verschiedenste Halbleiterbauelemente, insbesondere Mikroprozessoren oder Solarzellen, dar, wobei an das Material hohe Reinheitsanforderungen gestellt werden. Silizium wird üblicherweise großtechnisch mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase, so genannten chemical vapour deposition-Prozessen oder kurz CVD-Prozessen, gewonnen. Hierbei wird üblicherweise Silizium aus einer Halogensilan-Verbindung, insbesondere Trichlorsilan, chemisch abgespalten und an der Oberfläche eines erhitzten Keimkörpers als reines, polykristallines Silizium abgeschieden. Dieses Verfahren ist im Wesentlichen unter dem Begriff „Siemens-Verfahren” bekannt, welches häufig in so genannten „Siemens-Reaktoren” durchgeführt wird (vgl. beispielsweise DE 26 09 564 C2 oder EP 1 257 684 B1 ). Als Keimkörper dienen dabei in der Regel dünne, infolge eines Stromdurchflusses erhitzte Siliziumstäbe, die durch die Anlagerung des polykristallinen Siliziums einen Durchmesser- beziehungsweise Volumenzuwachs erfahren. Derartige dünne Keimstäbe werden häufig U-förmig angeordnet (vgl. wiederum DE 26 09 564 C2 ). Mit der Siliziumanlagerung wachsen diese zu massiven, U-förmigen Siliziumstäben an. 2 illustriert schematisch einen solchen Siliziumstab nach erfolgter Anlagerung. Grundsätzlich sind jedoch auch Abscheidungen in anderen geometrischen Formen, beispielsweise Röhren, möglich (vgl. beispielsweise EP 1 257 684 B1 ).
  • Das mittels CVD-Prozessen gewonnene Silizium ist in der Regel sehr rein, jedoch sind die bei diesen Prozessen gewonnenen Ausgangsmaterialien aufgrund ihrer Form oder ihrer Kristallinität nicht ohne weiteres weiterverarbeitbar. Je nach Einsatzzweck kann zudem eine weitergehende Reinigung oder eine allgemeine Bearbeitung erforderlich sein. In jedem dieser Fälle müssen die Siliziumausgangsmaterialien daher zunächst aufgeschmolzen werden. Hierzu werden Siliziumausgangsmaterialien wie die angesprochenen U-förmigen Siliziumstäbe oder Siliziumröhren zunächst zerkleinert und nachfolgend die Siliziumbruchstücke in einem Tiegel aufgeschmolzen. Silizium ist einerseits sehr spröde, andererseits in massiver Ausführung vergleichsweise hart. Das Siliziumausgangsmaterial wird daher meist durch mechanische Krafteinwirkung zertrümmert. Häufig erfolgt dies in ähnlicher Weise wie die Zerkleinerung bergmännisch gewonnener Erze.
  • Infolge des Kontaktes mit entsprechenden Zertrümmerungseinrichtungen werden Verunreinigungen in das Siliziummaterial eingetragen, welche für Halbleiterbauelemente schädliche Auswirkungen haben können, sodass diese Verunreinigungen nachfolgend wieder entfernt werden müssen. Die Bruchstücke des Siliziumausgangsmaterials werden daher nach dem Zertrümmern nasschemisch überätzt und aufwendig getrocknet. Infolge der enormen Oberflächenvergrößerung ist zudem ein großvolumiges Verpacken der gereinigten Bruchstücke zum Schutz vor erneutem Verunreinigungseintrag erforderlich.
  • Zur Vermeidung der aufwändigen Zertrümmerungs- und nachfolgender Säuberungsschritte wurde daher versucht, die Siliziumausgangsmaterialien unter Verzicht auf eine Zertrümmerung direkt in entsprechenden Tiegeln aufzuschmelzen. Hierbei erweist sich jedoch die hohe Schmelztemperatur von Silizium jenseits von 1400° Celsius als problematisch. So ist zum Aufschmelzen der großvolumigen Siliziumstäbe ein Überhitzen der Tiegel weit über den Schmelzpunkt des Siliziums erforderlich, wobei im Innern des Tiegels die Tiegelwandungen angegriffen werden und sich Kristoballite ablösen, welche beim Wiedererstarren des Siliziums die Kristallisationsfront stören und somit die Qualität des Siliziums negativ beeinträchtigen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Verfügung zu stellen, mittels welchen das Siliziumausgangsmaterial bei möglichst geringem Verunreinigungseintrag ohne negative Beeinträchtigung der Tiegelwandungen aufgeschmolzen werden kann.
  • Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, andererseits durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass Siliziumkörper in einem beheizbaren Tiegel angeordnet werden. Unter einem Siliziumkörper ist dabei zunächst ein Stück eines Siliziumausgangsmaterials zu verstehen, das grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen kann. Sofern die Abmessungen des Siliziumausgangsmaterials es zulassen, kann auch eine vollständige Einheit eines Siliziumausgangsmaterials, beispielsweise ein kompletter U-förmiger Siliziumstab, als Siliziumkörper in dem Tiegel angeordnet werden. Bei der Anordnung von einem oder mehreren Siliziumkörpern in dem Tiegel entstehen zwischen Tiegelwandungen und Siliziumkörpern oder zwischen massiven Teilen eines Siliziumkörpers beziehungsweise verschiedener Siliziumkörper Hohlräume. Wenigstens ein Teil dieser Hohlräume wird zumindest teilweise mit Siliziumgranulat aufgefüllt. Unter Siliziumgranulat ist dabei ein Gemenge von Siliziumkörnern zu verstehen, welche grundsätzlich eine beliebige Geometrie aufweisen können, jedoch deutlich kleinere Abmessungen aufweisen als die Siliziumkörper, sodass die gebildeten Hohlräume zumindest teilweise mit ihnen aufgefüllt werden können. Insbesondere kann das Siliziumgranulat so genannten Siliziumfeinbruch aufweisen. Hierunter werden feine Siliziumbruchstücke, beispielsweise Muschelausbruchstücke, verstanden. Im Weiteren wird der Tiegel erhitzt.
  • Infolge des beschriebenen, zumindest teilweisen, Auffüllens der Hohlräume mit Siliziumgranulat stellt sich eine bessere Wärmeleitfähigkeit zwischen den Tiegelwandungen und den Siliziumkörpern ein, sodass ein besserer Wärmeübergang von den Tiegelwandungen auf die Siliziumkörper erfolgen kann. Im Ergebnis ist ein Überhitzen des Tiegels über die Schmelztemperatur von Silizium hinaus nicht mehr oder nur in geringem Maße erforderlich, sodass selbst große oder unförmige Siliziumkörper auf oder über die Schmelztemperatur des Siliziums erhitzt werden können, ohne dass der Tiegel dabei zerstört wird.
  • Siliziumausgangsmaterialien liegen häufig in Abmessungen vor, die eine Anordnung einer kompletten Einheit eines Siliziumausgangsmaterials in dem Tiegel nicht zulassen. Die Erfindung sieht daher vor, dass die Siliziumkörper von dem Siliziumausgangsmaterial abgetrennt und derart dimensioniert werden, dass sie in dem beheizbaren Tiegel anordenbar sind. Die Dimensionierung der Siliziumkörper erfolgt dabei bevorzugt dadurch, dass Siliziumkörper mit geeigneten Abmessungen von dem Siliziumausgangsmaterial abgetrennt werden.
  • Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Siliziumkörper kontrolliert von dem Siliziumausgangsmaterial abgetrennt werden. Unter einem kontrollierten Abtrennen ist dabei zu verstehen, dass der Siliziumkörper entlang einer bestimmbaren Trennlinie abgetrennt wird und sich die Trennlinie nicht mehr oder weniger zufällig ergibt, wie dies beispielsweise bei einem Zertrümmern der Fall ist. Ein kontrolliertes Abtrennen der Siliziumkörper ist möglich mittels Lasertrennen, Wasserstrahlschneiden oder Sägen. Als Sägen können Bandsägen, Innenlochsägen oder Drahtsägen, wie sie unter anderem beim Sägen von Siliziumscheiben aus Siliziumblöcken oder -Stäben eingesetzt werden, Verwendung finden. Auch andere kontrollierte Abtrennverfahren wie beispielsweise mittels Kreissägen oder Schleifscheiben sind möglich. Gegenüber dem Lasertrennen, Wasserstrahlschneiden oder Sägen sind sie jedoch mit einem erhöhten Verunreinigungseintrag in die Siliziumkörper verbunden.
  • Das kontrollierte Abtrennen der Siliziumkörper erlaubt die Bereitstellung großvolumiger Siliziumkörper, die bevorzugt eine Geometrie aufweisen, welche Platz sparend in dem Tiegel angeordnet werden kann. Durch die Verwendung großer Siliziumkörper wird der Verunreinigungseintrag weiter verringert, sodass gegebenenfalls auf ein Reinigen der Siliziumkörper, beispielsweise ein Überätzen, verzichtet werden kann oder dies nur noch lokal an den Trennflächen durchgeführt zu werden braucht. In der Praxis haben sich Siliziumkörper bewährt, die in wenigstens einer Ausdehnungsrichtung größer als 10 cm sind.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung wird Siliziumgranulat verwendet, dessen Körner einen ungefähren Durchmesser von 0,3 bis 10 mm aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass die Hohlräume einfach zu einem großen Teil aufgefüllt werden können. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltungsvariante sieht die Verwendung von Siliziumgranulat vor, dessen Körner einen ungefähren Durchmesser von 0,3 bis 2 mm aufweisen, da hiermit die Hohlräume noch besser aufgefüllt werden können.
  • Vorteilhafterweise werden die Körner des Siliziumgranulats mittels eines so genannten Wirbelschicht- oder Wirbelbettverfahrens gewonnen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Körner bereits nach Gewinnung in vergleichsweise reiner Form vorliegen, sodass eine zusätzliche Reinigung vor der Verwendung in dem Tiegel nicht erforderlich ist. Grundsätzlich kann jedoch auch zertrümmertes Siliziumausgangsmaterial oder Siliziumfeinbruch als Siliziumgranulat Verwendung finden. Dieses ist dann zwar nach wie vor vor dem Einbringen in den Tiegel zu reinigen, doch fällt der Anteil des zu reinigenden Siliziums geringer aus, da das gereinigte Siliziumgranulat lediglich zum Auffüllen von Hohlräumen verwendet wird, der bei weitem größere Teil des Tiegelvolumens hingegen von Siliziumkörpern eingenommen wird, die idealer weise nicht oder jedenfalls an wesentlich kleineren Flächen einer Reinigung bedürfen.
  • Wie eingangs dargelegt, wird mittels des Siemens-Verfahrens Silizium häufig in Form von Siliziumstäben oder Siliziumröhren gewonnen, wobei hierunter sämtliche Formen von Siliziumstäben oder -Röhren zu verstehen sind, insbesondere gerade, gebogene, abgewinkelte oder auch die bereits genannten U-förmigen Stäbe oder Röhren. Von Stäben oder Röhren können einfach Siliziumkörper abgetrennt werden, insbesondere durch kontrolliertes Abtrennen, indem die Stäbe beziehungsweise Röhren abgelängt werden. Die beim Ablängen anfallenden Stücke bilden dabei die Siliziumkörper, welche aufgrund der regelmäßigen Form vergleichsweise einfach und Platz sparend in dem Tiegel anordenbar sind. Die Erfindung sieht daher vor, dass als Siliziumsausgangsmaterial Siliziumstäbe oder Siliziumröhren verwendet werden.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht zudem vor, dass das Abtrennen der Siliziumkörper durch Ablängen der Siliziumstäbe oder Siliziumröhren auf Siliziumkurzstäbe oder Siliziumkurzröhren realisiert wird, deren Länge etwa einer Öffnungsbreite des Tiegels entspricht. Auf diese Weise können die Siliziumkurzröhren beziehungsweise Siliziumkurzstäbe Platz sparend in dem Tiegel angeordnet werden, was eine weitestgehende Reduzierung der Trennflächen und der damit verbundenen Verunreinigungsgefahr mit sich bringt.
  • Unter der Öffnungsbreite ist dabei die Erstreckung der Öffnung des Tiegels in eine grundsätzlich beliebige Richtung, vorzugsweise in die Richtung der größten Ausdehnung des Tiegels, zu verstehen.
  • Industriell werden derzeit großteils Tiegel mit einer quadratischen Öffnung verwendet, deren Seitenlängen etwa 35 cm, etwa 42 cm, etwa 54 cm oder etwa 69 cm betragen. Die Seitenlänge entspricht in diesen Fällen der Öffnungsbreite des Tiegels. In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Siliziumstäbe oder Siliziumröhren auf Siliziumkurzstäbe oder Siliziumkurzröhren mit Längen von etwa 30 bis 35 cm, etwa 37 bis 42 cm, etwa 48 bis 54 cm oder etwa 60 bis 69 cm abzulängen. Auf diese Weise kann die Generierung von Trennflächen und die damit verbundene Gefahr des Verunreinigungseintrags verringert werden. Grundsätzlich können jedoch auch kürzere Siliziumkurzstäbe oder Siliziumkurzröhren Verwendung finden.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Gefahr der negativen Beeinträchtigung der Tiegelwandungen deutlich reduziert werden kann, wenn die Hohlräume zu 60 bis 98% mit Siliziumgranulat aufgefüllt werden. Eine besonders effiziente Reduktion der Zerstörungsgefahr und Verringerung des Energieaufwandes wird erreicht bei einem Auffüllen der Hohlräume mit Siliziumgranulat zu 85 bis 98%.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium weist einen beheizbaren Tiegel auf, in welchem Siliziumkörper angeordnet sind. Zwischen Tiegelwandungen und Siliziumkörpern oder zwischen massiven Teilen der Siliziumkörper sind Hohlräume gebildet, von welchen wenigstens ein Teil zumindest teilweise mit Siliziumgranulat gefüllt ist.
  • Eine derartige Anordnung ermöglicht die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Um oben beschriebene Vorteile der Erfindung effizient nutzen zu können, sieht eine Weiterbildung der Anordnung vor, dass die Siliziumkörper in zumindest einer Ausdehnungsrichtung größer als 10 cm sind.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltungsvariante der Anordnung sieht vor, dass das Siliziumgranulat Körner mit einem ungefähren Durchmesser von 0,3 bis 2 mm aufweist, da diese eine leicht einzubringende und effiziente Befüllung der Hohlräume darstellen können. Wie bereits beschrieben ist es zudem vorteilhaft, dass die Hohlräume zu 60 bis 98%, oder in besonders vorteilhafterweise zu 85 bis 98%, mit Siliziumgranulat gefüllt sind.
  • Bei der Anordnung sind als Siliziumkörper Siliziumkurzstäbe oder Siliziumkurzröhren vorgesehen, deren Länge der Öffnungsbreite des Tiegels entspricht, da dies eine effiziente Ausnutzung des Tiegels ermöglicht bei verringerter Gefahr von Verunreinigungseintrag.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: Schematische Prinzipdarstellung einer Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2: Siliziumausgangsmaterial bildender U-förmiger Siliziumstab gemäß dem Stand der Technik
  • 3: Schematische Schnittdarstellung durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
  • 4: Schematische Schnittdarstellung durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
  • 5: Aufsicht auf ein drittes Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung
  • 6: Schnittdarstellung durch ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 1 illustriert den Ablauf einer Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Demnach werden zunächst von einem Siliziumausgangsmaterial Siliziumkörper abgetrennt 40. Als Siliziumausgangsmaterial kommen dabei unter anderem U-förmige Siliziumstäbe 2 in Betracht. Ein Beispiel eines solchen U-förmigen Siliziumstabs, wie er beispielsweise in Siemens-Reaktoren gewonnen werde kann, ist in 2 wiedergegeben.
  • Bei den abgetrennten Siliziumkörpern kann es sich grundsätzlich um Siliziumkörper 4 unregelmäßiger Form handeln, wie sie beispielhaft in 3 wiedergegeben sind. Bei den Siliziumkörpern kann es sich andererseits auch um Siliziumkurzstäbe 14, 14a, 14b, 14bc, 14d und 14e handeln, wie dies die Ausführungsbeispiele der 4 und 5 illustrieren.
  • Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die Siliziumkörper 4; 14 im Weiteren in einem beheizbaren Tiegel 6 angeordnet 42. Begleitend zu dem Anordnen 42 der Siliziumkörper 4; 14; 24 im Tiegel 6 werden die zwischen Tiegelwandungen 7 und den Siliziumkörpern 4; 14; 24 oder zwischen massiven Teilen der Siliziumkörper 4; 14; 24 entstehende Hohlräume 10 mit Siliziumgranulat 8; 18; 28 aufgefüllt 44. Im Weiteren wird der Tiegel 6 erhitzt 46 und Siliziumkörper 4; 14; 24 wie auch Siliziumgranulat 8; 18; 28 werden aufgeschmolzen.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung. In dieser sind die Siliziumkörper 4 unregelmäßig geformt. Beispielsweise kann es sich um große Trümmerstücke eines zertrümmerten Siliziumausgangsmaterials handeln, die, wie oben erörtert, in der Regel zuvor einer Reinigung zu unterziehen sind. Aufgrund der unregelmäßigen Form der Siliziumkörper 4 ergeben sich vergleichsweise große Hohlräume 10 zwischen der Tiegelwandung 7 und den Siliziumkörpern 4, beziehungsweise zwischen verschiedenen Siliziumkörpern 4. In der Darstellung der 3 sind alle Hohlräume mit Siliziumgranulat 8 gefüllt.
  • In den in den 4 und 5 wiedergegebenen Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Anordnung bilden Siliziumkurzstäbe 14 die Siliziumkörper. Wie in der Schnittdarstellung der 4 erkennbar ist, ermöglichen diese kontrolliert abgetrennten Siliziumkurzstäbe 14 eine anteilsmäßig höhere Befüllung des Tiegels 6 mit Siliziumkörpern, d. h. Siliziumkurzstäben 14. Es wird daher eine geringere Menge an Siliziumgranulat 18 benötigt, um die wiederum entstehenden Hohlräume 10 aufzufüllen. Dies kann nach Art des verwendeten Siliziumgranulats 18, welches unter Umständen aufwändig zu reinigen ist, einen Aufwandsvorteil mit sich bringen.
  • Wie 4 entnehmbar ist, weist das Siliziumgranulat 18 in diesem Ausführungsbeispiel sowohl große 19a wie auch kleine Körner 19b auf. Hierbei kann es sich beispielsweise um beim Zertrümmern von Siliziumausgangsmaterial anfallende Körner handeln, welche üblicherweise vor dem Einbringen in den Tiegel gereinigt werden müssen, um einen Verunreinigungseintrag zu verhindern. Verglichen mit dem Stand der Technik braucht jedoch nur eine geringere Menge an Silizium aufwändig gereinigt zu werde, da der Großteil des Tiegelvolumens von Siliziumkurzstäben 14 eingenommen wird, welche bei entsprechender Handhabung einer Reinigung nicht oder allenfalls an den Trennflächen bedürfen.
  • Dies zeigt sich nach deutlicher an der Darstellung der 5, welche eine Aufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung wiedergibt. In der gezeigten Ausgestaltungsvariante sind als Siliziumkörper wiederum Siliziumkurzstäbe 14a, 14b, 14c, 14d, 14e vorgesehen, wobei die Länge der Siliziumkurzstäbe 14a, 14b, 14c, 14d und 14e etwa einer Öffnungsbreite 5 des Tiegels 6 entsprechen, sodass eine regelmäßige Anordnung der Siliziumkurzstäbe 14a, 14b, 14c, 14d und 14e möglich ist, was eine effiziente Nutzung des Tiegelvolumens ermöglicht.
  • Wie aus der Abwinkelung des Siliziumkurzstabes 14 folgt, wurde als Siliziumausgangsmaterial ein abgewinkelter oder U-förmiger Siliziumstab verwendet. Als Siliziumgranulat 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Granulat vorgesehen, dessen Körner einen Durchmesser von etwa 0,2 bis 3 mm aufweisen. Hierdurch lassen sich auch kleinere Hohlräume 10 mit Siliziumgranulat 20 füllen, sodass ein besonders effizienter Wärmeübergang von den Tiegelwandungen 7 auf die Siliziumkurzstäbe 14a, 14b, 14c, 14d und 14e bewerkstelligt werden kann. Der runde Querschnitt der Siliziumstäbe und somit auch der Siliziumkurzstäbe 14a, 14b, 14c, 14d und 14e hat zur Folge, dass die in 5 parallel angeordneten Siliziumkurzstäbe sich nur entlang einer kleinen Fläche berühren. Unterhalb (in 5 nicht erkennbar) wie auch oberhalb dieser Berührungsflächen werden die Hohlräume mit Siliziumsgranulat zumindest teilweise aufgefüllt, sodass eine effiziente Wärmeleitung auch zwischen den einzelnen Siliziumkurzstäben 14a, 14b, 14c, 14d und 14e gegeben ist.
  • 6 zeigt in schematischer Darstellung ein viertes Beispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, in welcher als Siliziumkörper Siliziumkurzröhren 24, 25 vorgesehen sind. Diese weisen unterschiedliche Durchmesser auf, sodass Siliziumkurzröhren 25 mit kleinem Durchmesser in Siliziumkurzröhren 24 mit großem Durchmesser angeordnet werden können. Alternativ oder ergänzend sind die Innenräume der Siliziumkurzröhren 24, 25, welche offensichtlich Hohlräume 10 zwischen massiven Flächen der Siliziumkurzröhren 24, 25 darstellen, mit Siliziumgranulat 28 gefüllt. Das Siliziumgranulat 28 besteht in diesem Ausführungsbeispiel vollständig aus kleinen Körnern 19b, welche vorzugsweise einen ungefähren Durchmesser von 0,2 bis 3 mm aufweisen.
  • Für den Fachmann ist offensichtlich, dass die verschiedenen Ausgestaltungsvarianten von Siliziumkörpern wie auch von Siliziumgranulat in den verschiedenen Ausführungsbeispielen austauschbar sind. So könnte beispielsweise das Siliziumgranulat 18 aus dem Ausführungsbeispiel der 4 ebenso in den Ausführungsbeispielen der 3, 5 und 6 Verwendung finden. Ebenso könnten Siliziumkurzröhren 24, 25 im Ausführungsbeispiel der 3 die dortigen Siliziumkörper 4 ersetzen. Auch Kombinationen der verschiedenen Siliziumkörperarten 4, 14, 24, 25 beziehungsweise der unterschiedlichen Arten an Siliziumgranulat 8, 18, 20, 28 sind möglich. Darüber hinaus existieren offensichtlich weitere Ausgestaltungsvarianten der Erfindung.
  • Bezugszeichenliste
  • 2
    U-förmiger Siliziumstab
    4
    Siliziumkörper
    5
    Öffnungsbreite Tiegel
    6
    Tiegel
    7
    Tiegelwandung
    8
    Siliziumgranulat
    10
    Hohlraum
    14
    Siliziumkurzstab
    14a
    Siliziumkurzstab
    14b
    Siliziumkurzstab
    14c
    Siliziumkurzstab
    14d
    Siliziumkurzstab
    14e
    Siliziumkurzstab
    18
    Siliziumgranulat
    19a
    grobes Korn
    19b
    kleines Korn
    20
    Siliziumgranulat
    24
    Siliziumkurzröhre mit großem Durchmesser
    25
    Siliziumkurzröhre mit kleinem Durchmesser
    28
    Siliziumgranulat
    40
    Abtrennen Siliziumkörper
    42
    Anordnen im Tiegel
    44
    Auffüllen der Hohlräume
    46
    Erhitzen des Tiegels

Claims (15)

  1. Verfahren zum Aufschmelzen von Silizium, bei welchem – Siliziumkörper (4; 14; 24) in einem beheizbaren Tiegel (6) angeordnet werden (42) und der Tiegel (6) erhitzt wird (46), – zumindest ein Teil der bei Anordnung (42) der Siliziumkörper (4; 14; 24) in dem Tiegel (6) zwischen Tiegelwandungen (7) und Siliziumkörpern (4; 14; 24) oder zwischen massiven Teilen der Siliziumkörper (4; 14; 24) entstehenden Hohlräume (10) wenigstens teilweise mit Siliziumgranulat (8; 18, 20; 28) aufgefüllt wird (44), – die Siliziumkörper (4; 14; 24) von einem Siliziumausgangsmaterial (2) abgetrennt werden (40) und derart dimensioniert werden (40), dass sie in dem Tiegel (6) anordenbar sind, – als Siliziumausgangsmaterial (2) ein Element aus der Gruppe umfassend Siliziumstäbe (2) und Siliziumröhren verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass – Siliziumausgangsmaterial (2) verwendet wird, welches mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase hergestellt wurde, und – das Abtrennen (40) der Siliziumkörper (4; 14; 24) durch Ablängen der Siliziumstäbe (2) oder Siliziumröhren auf Siliziumkurzstäbe (14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e) oder Siliziumkurzröhren (24, 25) realisiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein kontrolliertes Abtrennen (40) der Siliziumkörper (4; 14; 24).
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumkörper (4; 14; 24) abgetrennt werden (40) mittels einer Technologie aus der Gruppe umfassend Lasertrennen, Wasserstrahlschneiden und Sägen, insbesondere Drahtsägen, Bandsägen oder Innenlochsägen.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumkörper (4; 14; 24) verwendet werden, die in zumindest einer Ausdehnungsrichtung größer als 10 cm sind.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumgranulat (8; 18; 20; 28) verwendet wird, welches aus Körnern (19a, 19b) mit einem maximalen Durchmesser von 10 cm besteht.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumgranulat (20; 28) verwendet wird, dessen Körner (19b) einen Durchmesser von 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,3 bis 2 mm, aufweisen.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionierung durch das Abtrennen (40) der Siliziumkörper (4; 14; 24) von dem Siliziumausgangsmaterial (2) erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Siliziumausgangsmaterial (2) verwendet wird, welches mittels des Siemens-Verfahrens herstellt wurde.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Kurzstäbe etwa einer Öffnungsbreite (5) des Tiegels (6) entspricht.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (10) zu 60 bis 98%, vorzugsweise zu 85 bis 98%, mit Siliziumgranulat (8; 18, 20; 28) aufgefüllt werden.
  11. Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium aufweisend – einen beheizbaren Tiegel (6), – in dem Tiegel (6) angeordnete Siliziumkörper (4; 14; 24), – zwischen Tiegelwandungen (7) und Siliziumkörpern (4; 14; 24) oder zwischen massiven Teilen der Siliziumkörper (4; 14; 24) gebildete Hohlräume (10), – wobei zumindest ein Teil der Hohlräume (10) wenigstens teilweise mit Siliziumgranulat (8; 18, 20; 28) gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Siliziumkörper von mittels chemischer Abscheidung aus einer Dampfphase hergestellten Siliziumstäben oder Siliziumröhren abgetrennte Siliziumkurzstäbe (14, 14a, 14b, 14c, 14d, 14e) oder Siliziumkurzröhren (24, 25) vorgesehen sind; deren Länge etwa einer Öffnungsbreite (5) des Tiegels (6) entspricht.
  12. Anordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Siliziumkörper (4; 14; 24, 25), die in zumindest einer Ausdehnungsrichtung größer als 10 cm sind.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, gekennzeichnet durch Siliziumgranulat (8; 18; 20; 28), dessen Körner (19a, 19b) einen maximalen Durchmesser von etwa 10 cm aufweisen.
  14. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, gekennzeichnet durch ein Siliziumgranulat (20; 28), dessen Körner (19b) einen ungefähren Durchmesser von 0,3 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,3 bis 2 mm, aufweisen.
  15. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (10) zu 60 bis 98%, vorzugsweise zu 85 bis 98%, mit Siliziumgranulat (8; 18, 20; 28) gefüllt sind.
DE102008026811A 2008-06-05 2008-06-05 Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium Expired - Fee Related DE102008026811B4 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008026811A DE102008026811B4 (de) 2008-06-05 2008-06-05 Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium
US12/478,156 US8236066B2 (en) 2008-06-05 2009-06-04 Method and configuration for melting silicon
CN200910143991A CN101691220A (zh) 2008-06-05 2009-06-05 熔化硅的方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008026811A DE102008026811B4 (de) 2008-06-05 2008-06-05 Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102008026811A1 DE102008026811A1 (de) 2009-12-10
DE102008026811B4 true DE102008026811B4 (de) 2012-04-12

Family

ID=41268735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102008026811A Expired - Fee Related DE102008026811B4 (de) 2008-06-05 2008-06-05 Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8236066B2 (de)
CN (1) CN101691220A (de)
DE (1) DE102008026811B4 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010018287A1 (de) 2010-04-26 2011-10-27 Crusible Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Beladen eines Schmelztiegels mit Silizium
CN101935038B (zh) * 2010-08-13 2013-04-10 镇江环太硅科技有限公司 硅锭切割废料回收方法
US20120260845A1 (en) * 2011-04-14 2012-10-18 Rec Silicon Inc Polysilicon system
DE102012200994A1 (de) * 2012-01-24 2013-07-25 Wacker Chemie Ag Verfahren zur Bestimmung einer Oberflächen-Verunreinigung von polykristallinem Silicium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0137306A2 (de) * 1983-09-08 1985-04-17 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH Verfahren zur Befreiung von Siliciumbruchstücken von Verunreinigungen
DE4207750A1 (de) * 1991-03-11 1992-10-15 Nippon Kokan Kk Verfahren zur herstellung von silizium - einkristallen
DE102006011040A1 (de) * 2006-03-08 2007-09-13 Schott Solar Gmbh Verfahren zum Weiterverarbeiten und/oder Rezyklieren von Material

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2609564A1 (de) 1976-03-08 1977-09-15 Siemens Ag Verfahren zum abscheiden von elementarem silicium aus der gasphase
DE60032813T2 (de) 2000-02-18 2007-11-08 Gt Solar Incorporated Cvd-verfahren und -vorrichtung zum abscheiden von polysilizium

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0137306A2 (de) * 1983-09-08 1985-04-17 Wacker-Chemitronic Gesellschaft für Elektronik-Grundstoffe mbH Verfahren zur Befreiung von Siliciumbruchstücken von Verunreinigungen
DE4207750A1 (de) * 1991-03-11 1992-10-15 Nippon Kokan Kk Verfahren zur herstellung von silizium - einkristallen
DE102006011040A1 (de) * 2006-03-08 2007-09-13 Schott Solar Gmbh Verfahren zum Weiterverarbeiten und/oder Rezyklieren von Material

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008026811A1 (de) 2009-12-10
US20090311161A1 (en) 2009-12-17
US8236066B2 (en) 2012-08-07
CN101691220A (zh) 2010-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1998895B1 (de) Verfahren zum Zerkleinern von grobteilig gebrochenem polykristallinem Silicium
DE10392291B4 (de) Energie-effizientes Verfahren zum Züchten von polykristallinem Silicium
EP1223146B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines polykristallinen Siliciumstabes
DE60219497T2 (de) Verfahren zur herstellung von silicium
DE69130556T2 (de) Herstellung von hochreinen Siliziumstäben
EP2426084B1 (de) Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silicium
EP2305602B1 (de) Verfahren zur Herstellung von stabförmigem Polysilicium mit verbesserter Brucheigenschaft
DE102008026811B4 (de) Verfahren und Anordnung zum Aufschmelzen von Silizium
EP1855993A1 (de) Reaktor und verfahren zur herstellung von silizium
EP2582639A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen von polykristallinen siliziumblöcken
EP0887105B1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Zerkleinern von Halbleitermaterial
EP2719663B1 (de) Verfahren zur abscheidung von polykristallinem silizium
DE102005044328A1 (de) Polykristallines Siliziummaterial für die solare Stromerzeugung und Siliziumhalbleiterscheiben für die solare Stromerzeugung
DE102008033122A1 (de) Verfahren zur Gewinnung von Reinstsilizium
EP3036190B1 (de) Polykristalline siliciumbruchstücke und verfahren zum zerkleinern von polykristallinen siliciumstäben
EP0729918A1 (de) Polygonaler Quarzglasstab und Verfahren für seine Herstellung
DE102006055064A1 (de) Verfahren zur Herstellung von polykristallinem Silizium mit hoher Reinheit und Herstellungsvorrichtung dafür
EP1968890B1 (de) Verfahren zur herstellung solartauglichen siliziums
DE102011075093A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Ingots
DE102006027273B3 (de) Verfahren zur Gewinnung von Reinstsilizium
DE102011005503B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Silizium-Blöcken
EP3554999B1 (de) Verfahren zur herstellung von polykristallinem silicium
DE102012209005B4 (de) Keimvorlage und Verfahren zur Herstellung derselben sowie Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Ingots
DE102006050901A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers und zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102006010391A1 (de) Reaktor und Verfahren zur Herstellung von Silizium

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120713

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R409 Internal rectification of the legal status completed
R409 Internal rectification of the legal status completed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150101

Effective date: 20130101