用于生產硅塊的設備的制作方法

用于生產硅塊的設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于生產硅塊的方法，其包括如下步驟：在所述第一容器（3）中提供硅熔體（2）；在所述第二容器（4）中提供硅熔體（2）；使得所述第一容器（3）中的所述硅熔體（2）定向固化；將液態硅從所述第二容器（4）轉移到所述第一容器（3）中。
【專利說明】用于生產硅塊的設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于生產硅塊的設備。此外，本發明還涉及一種用于生產硅塊的方法。最后，本發明涉及一種硅塊。
【背景技術】
[0002]由EP 2 251 459 Al公知一種用于提供液態娃的設備和方法。在這種情況下設置的是，給熔化樹禍后裝填(nachzuchargieren)液態娃。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于，改善用于生產硅塊的設備。
[0004]該目的通過權利要求1所述的特征得以實現。
[0005]本發明的核心在于，將至少兩個用于容納半導體熔體的容器布置在共同的腔中，其中，所述容器中的至少一個容器具有出口，經由所述出口，液態硅能夠流出到至少一個另外的容器中。
[0006]所述第二容器尤其用于提供硅熔體，以便后裝填所述第一容器。優選地，所述第二容器布置在所述第一容器之上。這使得所述液態硅從所述第二容器流出到所述第一容器中變得容易。
[0007]所述第二容器的出口尤其能夠以溢出口的形式構成，優選帶有流嘴地構成。所述出口尤其能夠得以控制，尤其是能夠被封閉。
[0008]用于容納所述容器的共同的腔尤其是熱絕緣的。它優選能夠以氣密的方式對外隔離。通過將所述容器布置在共同的腔中，改善了所述方法的能效。
[0009]所述容器尤其可以相對于彼此位置固定地布置。尤其可以放棄可運動的部件。這簡化了所述設備的結構。此外，由此改善了所述設備的機械穩定性。
[0010]根據本發明的一個方面，所述第二容器的容量V2小于所述第一容器的容量V1, SPV2 < Vp尤其適用的是=V2 = V1 ≤ 0.5，尤其是V2 = V1 ≤ 0.1，尤其是V2 = V1 ≤ 0.05，尤其是V2 = V1 ≤ 0.01，尤其是V2 = V1 ≤ 0.005。所述第二容器的容量V2尤其為至少0.5升(L)。所述容量V1尤其處于100升至5000升的范圍內。所述容量V2尤其處于0.5升至20升的范圍內。
[0011]所述第二容器尤其具有如下橫截面積A2，其小于所述第一容器的橫截面積A1, gpA2 < A10 尤其適用的是=A2IA1 ≤0.5，尤其是 A2 = A1 ≤ 0.25，尤其是 A2 = A1 ≤0.2。
[0012]所述第二容器尤其可以具有如下橫截面，所述橫截面展示出所述第一容器的橫截面的標定型式。它優選可以通過如下方式來布置，即，所述第一容器在由第一容器和第二容器組成的組合中的對稱特性是得到保證的。由此，能夠以具有優點的方式影響所述第一容器中的硅熔體的結晶。
[0013] 根據本發明的一個方面，所述設備具有加熱裝置，所述加熱裝置適用于不僅在所述第一容器中而且在所述第二容器中使得塊狀硅熔融。[0014]所述加熱裝置尤其可以包括所述第一容器的頂部加熱器。所述頂部加熱器尤其布置在所述第一容器之上。它可以布置在所述第二容器之上或者之下。
[0015]所述頂部加熱器可以具有處于IkW (千瓦)至10kW范圍內的功率，尤其是處于1kff至70kW范圍內的功率，尤其是處于30kW至55kW范圍內的功率。
[0016]所述頂部加熱器可以相對于所述第一容器的上邊緣相距開地布置。所述頂部加熱器與所述第一容器的上邊緣之間的間距尤其處于Icm至10cm的范圍內，尤其處于Icm至20cm的范圍內，尤其處于5cm至1cm的范圍內。
[0017]所述頂部加熱器與所述第一容器的上邊緣之間的間距尤其大于所述第二容器在垂直于它的橫截面的方向上的延伸部。但是，所述頂部加熱器與所述第一容器的上邊緣之間的間距也可以小于所述第二容器在垂直于它的橫截面的方向上的延伸部。
[0018]所述第二容器尤其可以布置在所述第一容器的所謂的“熱區(Hot Zone)”中。在這種情況下，所述“熱區”是指所述腔中的如下區域，借助于所述加熱裝置能夠將所述區域加熱到處于硅的熔化溫度之上的溫度上，尤其是加熱到高于1450°C的溫度上，尤其是加熱到高于1500°C的溫度上。
[0019]為了布置在所述“熱區”中，所述第二容器可以布置在石墨板上或者借助于由石墨制成的支架保持在所述腔中。所述支架尤其可以安設在所述腔的一個壁上，尤其是側壁上或者頂壁上。
[0020]根據本發明的一個方面，所述加熱裝置包括多個加熱元件。所述加熱元件尤其能夠獨立于彼此地得 以控制。所述加熱裝置尤其通過如下方式構成，即，在使得所述第一容器中的硅熔體固化期間，能夠使得所述第二容器中的塊狀硅熔融。所述加熱裝置尤其可以具有用于使得所述第二容器中的硅熔融的單獨的加熱元件。它們可以布置在所述第二容器之上和/或之下和/或側面，也就是說布置在其周邊區域中。
[0021]此外，所述加熱裝置尤其能夠通過如下方式得以控制，即，使得所述第一容器中的硅熔體定向地固化。尤其可以根據所謂的垂直梯度凝固(VGF)法使得所述第一容器中的硅熔體固化。
[0022]可能特別具有優點的是，作為用于使所述第二容器中的硅熔融的加熱元件，使用電子射線或者激光源。對此可供選擇或者附加地，可以設置電阻加熱器或者感應式加熱元件形式的一個或者多個加熱元件。
[0023]根據本發明的另一個方面，所述設備包括用于容納塊狀硅的第三容器，所述第三容器經由輸送裝置與所述第二容器連接。
[0024]所述第三容器尤其可以布置在所述共同的腔的外部。所述輸送裝置可以是連接管。所述輸送裝置尤其具有控制件。可以充當控制件的例如是可打開和關閉的活動蓋板。
[0025]優選地，所述第三容器布置在用于容納所述第一容器和所述第二容器的共同的腔之上。所述第三容器尤其通過如下方式來布置，即，能夠借助于所述共同的腔的余熱來給所述第三容器供熱。這能夠使得所述第三容器中的塊狀原料以具有優點的方式脫氣(Entgasung)0
[0026]根據本發明的另一個方面，所述設備包括用于使得來自所述第二容器的液態硅延緩的延緩元件。所述延緩元件能夠以接滴板或者導流裝置的形式構成。它也可以具有用于將來自所述第二容器的各個硅滴切碎的切碎裝置。通過將落入所述第一容器中的硅滴切碎，可以減小液滴在進入到所述第一容器內的熔體中時所具有的沖量。由此，可以減小所述液滴進入所述第一容器內的熔體中的置入深度。
[0027]本發明的另一個目的在于，改善一種用于生產硅塊的方法。該目的通過權利要求6所述的特征得以實現。優點由對前述設備的描述而得知。
[0028]在根據本發明的方法中，尤其設置的是，將液態硅從所述第二容器轉移到所述第一容器中。這可能在所述第一容器中的硅的熔融過程期間就已經出現了。也可以實現的是，在所述第一容器中的硅完全熔融之后，將液態硅從所述第二容器轉移到所述第一容器中。尤其也可以實現的是，在使得所述第一容器中的所述硅熔體定向固化期間，將液態硅從所述第二容器轉移到所述第一容器中。
[0029]從所述第二容器轉移到所述第一容器中的所述轉移也被稱為后裝填。
[0030]根據本發明可看出，在所述第一容器中結晶的硅的量可以通過后裝填得以放大。此外，還可以看出，當硅以液態形式被后裝填的時候，可以改善所述第一容器中的結晶中的硅塊的質量。
[0031 ] 此外，可以看出，通過后裝填液態硅，可以影響在所述第一容器中結晶的硅塊的特性。尤其可以實現的是，通過后裝填以具有優點的方式影響一種或多種摻雜物的濃度并因此尤其是影響所述結晶中的娃塊在其高度上的電阻型廓(Widerstandsprofil )。尤其可以實現的是，硅塊具有比較均勻的電阻型廓，尤其是具有減小的電阻帶寬(Widerstandsbandbreite)。借助于根據本發明的方法,尤其可以生產如下娃塊，其電阻率在所述硅塊的整個高度的至少50%之上，尤其是至少60%之上，尤其是至少70%之上，圍繞所述電阻率的平均值波動小于30%，尤其是小于20%，尤其是小于10%，尤其是小于5%。所述電阻率的平均值尤其 可以處于1.2 Ω - cm (歐姆?厘米)至1.6Ω.cm的范圍內，尤其是處于1.3Ω.cm至1.5 Ω.cm的范圍內，尤其是處于1.3 Ω.cm至1.4 Ω ^cm的范圍內。
[0032]通過添加摻雜物，也可以實現其他的電阻率，尤其是另一種電阻型廓。
[0033]根據本發明的另一個方面，可以在一個或者多個時間段期間連續地實現所述后裝填。尤其可以實現的是，以批量的方式連續地進行后裝填。在這種情況下，連續的后裝填應該理解為具有恒定的后裝填速率的后裝填。在以多個批次進行后裝填的情況下，各個批次可以是不同的。它們尤其可以具有不同的體積。它們也可以具有不同的摻雜物濃度。
[0034]根據本發明的另一個方面，總共從所述第二容器轉移到所述第一容器中的液態硅具有容量Vn，其中，適用的是=Vn = V1≥0.05，尤其是Vn = V1≥0.01，尤其是Vn = V1≥0.2，尤其是Vn: V1S 0.3。可以適用的是=Vn = V1≥0.5，尤其是Vn = V1≥0.7，尤其是Vn = V1≥0.9。后裝填的娃的絕對量處于0.1kg至100kg的范圍內，尤其是處于Ikg至700kg的范圍內，尤其是處于1kg至500kg的范圍內，尤其是處于大于50kg的范圍內，尤其是處于大于10kg的范圍內。
[0035]根據本發明的另一個方面，所述后裝填速率處于0.lkg/h (千克/小時)至10kg/h的范圍內，尤其是處于0.3kg/h至3kg/h的范圍內。所述后裝填速率能夠以依賴于所述第一容器中的硅熔體的結晶速度的方式得以控制。
[0036]根據本發明的另一個方面，所述后裝填的硅具有預先確定的濃度的一種或多種摻雜物。這尤其可以通過在所述第三容器中預先給定相應摻雜的原料和/或添加特定的摻雜物來實現。所述第二容器中的硅尤其可以是沒有摻雜物的。對此，可供選擇地，它可以具有預先給定的濃度的選自下面的元素的一種或多種元素:硼、鋁、鎵、銦、磷、砷和銻。
[0037]也可以實現的是，一種或多種這種摻雜物的濃度隨時間變化，尤其是隨著所述后裝填的進程變化。由此，尤其可以反作用于所述硅熔體中摻雜物濃度的變化，所述摻雜物濃度的變化由于分離效應(Segregat1nseffekten)可在所述娃熔體結晶期間被觀察到。通過簡單的方式，能夠以隨時間變化的摻雜物濃度通過以批量的方式在所述第三容器中預先給定相應的原料實現后裝填。
[0038]根據本發明的一個方面，在使得所述第一容器中的硅熔體固化期間，階段式地或者連續地將塊狀硅從第三容器輸送給所述第二容器。所述塊狀硅從所述第三容器至所述第二容器的輸送尤其能夠以受控制的方式實現。通過向所述第二容器輸送所述塊狀硅，可以影響所述后裝填速率，尤其是影響能達到的最大后裝填速率。優選地，輸送給所述第二容器的硅具有預先給定的濃度的一種或多種上面提到的摻雜物。它尤其也可以是沒有摻雜物的。
[0039]本發明的另一個目的在于，改善一種硅塊。該目的通過權利要求14所述的特征得以實現。優點由前面的描述而得知。所述硅塊的顯著特征尤其在于能夠預先給定的摻雜物型廓或者與它有聯系地在于所述塊的高度上的預先給定的電阻型廓。所述硅塊尤其在所述硅塊的高度上具有上面指明的電阻帶寬。
[0040]所述娃塊優選具有準單結構(Quasimono-Struktur)。對此應該理解為,所述娃塊在其體積的至少70% 中，尤其是其體積的至少80%中，尤其是其體積的至少90%中，具有單晶體結構。一般來說，所述硅塊尤其在其體積的至少50%中具有單晶體結構。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]本發明的其他特征和細節由結合附圖對多個實施例的描述得知。
[0042]圖1示出根據第一種實施例的用于生產硅塊的設備的示意圖；
[0043]圖2示出根據圖1的設備在后裝填i甘禍(Nachchargiertiegels)的區域內的示意性剖視圖；
[0044]圖3示出根據本發明的另一種實施例的依照圖1的圖示；
[0045]圖4示出根據本發明的另一種實施例的依照圖1的圖示；
[0046]圖5示出根據本發明的另一種實施例的依照圖1的圖示；
[0047]圖6示出根據本發明的另一種實施例的依照圖1的圖示；以及
[0048]圖7示出圖1中的所述后裝填坩堝的詳細視圖。
【具體實施方式】
[0049]下面參考圖1和圖2描述用于生產娃塊的設備I。也被稱為用于使娃熔體2結晶的結晶設備的所述設備I的一般細節例如由DE 10 2005 013 410 B4和DE 10 2011 002599 Al公知，它們兩個都作為本申請的組成部分完全并入本申請中。
[0050]所述設備I包括熔化坩堝或者結晶坩堝3形式的第一容器。所述坩堝3尤其用于使硅熔化和固化。它尤其用于容納所述硅熔體2。對于也被稱為錠模(Kokille)的坩堝3的細節請參閱 DE 10 2005 013 410 B4 和 DE 10 2011 002 599 Al。
[0051]此外，所述設備I還包括坩堝4形式的第二容器。所述第二坩堝4同樣用于容納硅熔體5。它尤其用于使塊狀硅6熔融。可以借助于輸送裝置7，從第三容器8中將所述塊狀硅6輸送給所述第二坩堝4。所述第三容器8尤其是指用于容納硅原料的儲存容器。所述輸送裝置7可以是管道。所述輸送裝置7尤其由陶瓷或者石墨制成。
[0052]所述第一坩堝3和所述第二坩堝4布置在一個共同的腔9中。所述腔9也被稱為結晶腔。它尤其是熱絕緣的。它優選氣密地構成。它尤其可以與示意性示出的掃氣裝置10連接。借助于所述掃氣裝置10，可以向所述腔9施加掃氣，尤其是施加氬氣。一般來說，借助于所述掃氣裝置10，可以控制所述腔9中的氣壓。所述腔9尤其可以被抽成真空。所述腔9尤其可以構成為鋼爐。它尤其可以在所述工藝期間被填充氬氣。
[0053]特別具有優點的是，所述掃氣裝置10可以與所述輸送裝置7相結合。不同于附圖中所示的實施例，尤其可以經由像所述塊狀硅6那樣相同的輸送裝置7，將所述掃氣輸送給所述腔9。
[0054]所述第三容器8尤其布置在所述腔9外部。它尤其布置在所述腔9之上。尤其可以通過來自所述腔9的余熱來給所述第三容器供熱。這能夠支持所述容器8內所述塊狀硅6的脫氣。原則上，所述第三容器8也可以布置在所述腔9內部。
[0055]所述第二坩堝4具有出口，經由所述出口，液態硅11能夠從所述第二坩堝4流出到所述第一坩堝3中。所述出口尤其可以構成為溢出口。它尤其構成為流嘴12。
[0056]所述出口也可以作為縫隙構成在所述第二坩堝4的側壁中。
[0057]在所述出口的區域內，可以設置用于過濾固體材料的過濾元件。為此尤其適用的是具有多孔結構的陶瓷過濾器。詳情尤其參閱US 13/561 456。
[0058]所述第一坩堝3尤其布置在所述第二坩堝4之下。它尤其相對于所述第一坩堝3位置固定地布置。
[0059]此外，所述設備I包括具有多個加熱元件的加熱裝置。所述加熱元件尤其能夠借助于示意性示出的控制裝置13得以控制。它們尤其能夠獨立于彼此地得以控制。所述加熱元件優選包括多個側面加熱元件14。也可以放棄所述側面加熱元件14。此外，它們還包括至少一個頂部加熱元件15。此外，它們可以包括底部加熱元件。所述加熱裝置適用于不僅在所述第一坩堝3中而且在所述第二坩堝4中使得塊狀硅熔融。它可以具有大于10千瓦(kW)的熱功率。
[0060]此外，所述加熱裝置還包括熱量凹槽16形式的冷卻元件。所述熱量凹槽16布置在所述第一坩堝3之下，尤其是布置在所述第一坩堝3的底壁17之下。它尤其具有帶有控制裝置18的主動冷卻裝置。
[0061]所述加熱裝置和所述熱量凹槽16能夠尤其通過如下方式得以控制，即，能夠使得所述第一坩堝3中的所述硅熔體2定向地固化。在這種情況下，尤其能夠靈活地控制已經固化的硅25與液態硅熔體2之間的相邊界(Phasengrenze) 24的形狀。此外，在這種情況下，所述相邊界24的形狀還依賴于所述加熱裝置的側面加熱元件14以及其余加熱元件的幾何形狀和對它們的操控。所述相邊界24的形狀尤其還依賴于所述第一坩堝3中能夠借助于加熱裝置進行控制的熔流。所述相邊界24的形狀尤其能夠通過如下方式得以控制，即，所述相邊界24的形狀平坦地構成或者如圖1中示例性示出的那樣凸狀地構成。所述相邊界24的形狀尤其能夠通過如下方式得以控制，即，所述相邊界24的形狀相對于中央縱軸線23是軸對稱的。[0062]此外，所述加熱裝置還包括多個尤其是四個側面加熱元件19，其用于給所述第二坩堝4供熱。所述側面加熱元件19尤其布置在所述第二坩堝4的周側上。它們的尺寸適合于所述第二坩堝4的側壁20。它們尤其能夠以獨立于所述加熱元件14、15的方式得以控制。取代多個側面加熱元件19，也可以設置用于給所述第二坩堝4供熱的環繞的側面加熱元件。
[0063]用于給所述第二坩堝4供熱的側面加熱元件19可以具有多于10千瓦(kW)的熱功率。所述側面加熱元件19的熱功率尤其能夠得以控制。所述熱功率尤其能夠通過如下方式得以控制，即，在使得所述第一坩堝3中的硅熔體2固化期間，能夠使得所述第二坩堝4中的塊狀硅6熔融。
[0064]所述第二坩堝4可以借助于固定裝置21固定在所述腔9中。所述固定裝置21尤其由石墨制成。
[0065]在根據圖1的實施方式中，所述第二坩堝4布置在頂部加熱元件15與第一坩堝3之間的區域中。因此，所述頂部加熱元件15不僅形成用于第一坩堝3的頂部加熱器而且形成用于第二坩堝4的頂部加熱器。所述頂部加熱元件15具有缺口 27。在根據圖1的實施方式中，所述缺口 27用于使得所述輸送裝置從第三容器8穿通引導至所述第二坩堝4。通過將第二坩堝4布置在頂部加熱元件15之下可以確保，所述第二坩堝4中的硅在結晶過程結束時同樣定向地從下至上固化。由此可以避免，由于所述第二坩堝4中剩余的硅的延展而損壞所述第二坩堝4。所述坩堝4尤其可以多次使用。
[0066]如在圖2中示意性所示，所述頂部加熱元件15可以蜿蜒曲折地構成。在圖1和圖2所示的實施例中，所述頂部加熱元件15布置在所述第二坩堝4之上。所述頂部加熱元件15包括多個成直線地分布的臂22、22'所述臂22具有各一個相同的寬度b。所述臂22*具有寬度b'所述寬度b *小于所述寬度b。在所示實施例中，適用的是:b:b*=2。一般來說，適用的是:0.5 ≤b:b*≤5。在圖2中所示的實施例中，所述臂22的寬度b正好相應于所述坩堝4的寬度bT。但是，所述坩堝4也可以具有不同于臂22的另一寬度bT。
[0067]通過所述臂22*在所述第二坩堝4之上的區域中的較小寬度b*可以實現的是，與在其他區域中相比，所述頂部加熱元件15在所述第二坩堝4之上的區域中單位面積釋放出更多的功率。由此，可以確保所述第二坩堝4中的塊狀硅6的熔融。
[0068]一般來說，所述頂部加熱元件15也可以具有棒狀和/或環狀或者環形的加熱區段。
[0069]如在附圖中示例性所示，所述第二坩堝4的容量V2小于所述第一坩堝3的容量％。適用的是=V2 = V1 < 1，尤其是V2 = V1≤0.5，尤其是V2 = V1≤0.1，尤其是V2 = V1 ≤0.05，尤其是V2IV1≤0.01，尤其是 V2 = V1 ≤ 0.005。
[0070]此外，所述第二坩堝4的橫截面積A2小于所述第一坩堝3的橫截面積4。適用的是:A2 < A1，尤其是 A2 = A1≤0.5，尤其是 A2 = A1 ≤ 0.25，尤其是 A2 = A1 ≤0.2。
[0071]在一種優選實施方式中，所述第一坩堝3具有對稱特性。它尤其相對于中央縱面是鏡面對稱的。它尤其相對于中央縱軸線23是軸對稱的。它尤其具有四重對稱。在一種具有優點的在附圖中并未示出的實施方式中，所述第二坩堝4通過如下方式構成和布置，SP，由第一坩堝3和第二坩堝4組成的組合從所述第二坩堝4的出口上觀察具有像所述第一坩堝3那樣相同的對稱特性。[0072]對此可供選擇地，也可以實現的是，由坩堝3和加熱裝置組成的設備非對稱地構成。這例如可以通過相應地布置所述側面加熱元件14和/或其接頭來實現。在這種情況下，可以設置的是，通過適當地構成和/或布置所述第二坩堝4至少部分地，尤其是盡可能完全地，補償這種非對稱性，從而在所述坩堝3中調整溫度場，所述溫度場相對于中央縱軸線23是軸對稱的。
[0073]如圖1中示例性所示，在所述第一坩堝3的底部布置有一個或者多個晶種板(Keimplatten)260所述晶種板26尤其具有確定的軸向晶體取向。它也可以尤其具有確定的橫向晶體取向。所述晶種板26尤其由單晶硅組成。所述晶種板26尤其具有軸向〈110〉或者〈100〉取向。也可以實現的是，使用具有多晶體結構的晶種板26。可供選擇地，也可以放棄所述晶種板26。
[0074]此外，可以設置用于遮蓋所述第一坩堝3的蓋板28。所述蓋板28尤其布置在所述第一坩堝3的上面的坩堝邊緣上。它可以放置在所述第一坩堝3上。所述蓋板28尤其由石墨制成。它具有穿通口 29，穿過所述穿通口 29可以將液態硅從所述第二坩堝4轉移到所述第一坩堝3中。所述蓋板28可以對所述第一坩堝3中的溫度場產生積極影響。它尤其能夠使得在所述第一坩堝3中產生比較均勻的溫度場。所述穿通口 29優選是相對小的。所述穿通口 29具有如下面積，所述面積尤其小于所述第一坩堝3的橫截面積A1的10%，尤其小于所述橫截面積A1的5%，尤其小于所述橫截面積A1的1%，尤其小于所述橫截面積仏的
0.1%。也可以在所述蓋板28中設置多個穿通口 29。它們尤其可以通過如下方式來布置，即，所述第一坩堝3的對稱特性維持不變。它們尤其可以相對于中央縱軸線23對稱地尤其是旋轉對稱地布置。
[0075]所述蓋板28， 尤其是所述穿通口 29，尤其通過如下方式構成和布置，即，所述第一坩堝3中的溫度場相對于所述中央縱軸線23是對稱的。所述溫度場尤其具有至少四重對稱。
[0076]下面描述用于生產硅塊的方法。首先，提供所述設備I。然后，將晶種板26布置在坩堝3的底部17上。此外，向所述坩堝3填充塊狀硅。緊接著，為了在所述第一坩堝3中提供硅熔體2而使得所述塊狀硅熔融。尤其通過如下方式使得所述第一坩堝中的原料熔融，即，僅僅部分地，也就是說并非完全，使所述晶種板26熔融。
[0077]對此可供選擇地，可以實現的是，在外部的熔化坩堝中使得所述塊狀硅熔融，并且所述塊狀硅已經以液態形式填入所述第一坩堝3中。
[0078]緊接著，使得所述第一坩堝3中的硅熔體2定向固化。這可以通過適當地控制所述加熱裝置和所述熱量凹槽16來實現，詳情請參見DE 10 2005 013 410 B4和DE 10 2011
002599 Al。
[0079]此外，在所述第二坩堝4中提供硅熔體2。為此，向所述第二坩堝4填充來自所述第三容器8的塊狀硅6。在所述第二坩堝4中，借助于側面加熱元件19或者加熱裝置使得所述塊狀硅6熔融。作為摻雜物，可以添加高度摻雜(hochdotiertem)硅的形式的磷(Phosphor)。“高度摻雜硅”應該理解為濃度為每立方厘米(cm3) 115至121個摻雜物原子的硅。所述摻雜物也能夠以含磷化合物的形式與所述塊狀硅6混合。
[0080]將所述液態硅從所述第二坩堝4轉移到所述第一坩堝3中。這可以發生在使得所述第一坩堝3中的硅熔融期間。這也可以只有在使得所述第一坩堝3中的硅熔融之后才發生。這尤其也可以發生在使得所述第一坩堝3中的硅熔體2定向固化期間。
[0081]液態硅從第二坩堝4到第一坩堝3中的所述轉移也被稱為所述第一坩堝3的后裝填(Nachchargieren)。所述后裝填尤其連續地實現,也就是說以預先給定的后裝填速率實現。它尤其在一個或者多個時間段期間也就是說一個或者多個時間間隔期間連續地實現。所述連續的后裝填的時間段尤其處于I分鐘(min)至30個小時(h)的范圍內。所述時間段尤其為至少1min,尤其是至少30min,尤其是至少lh。
[0082]一般來說，設置的是，在使得所述第一坩堝3中的硅熔體2固化期間，至少階段式地將塊狀硅6從所述第三容器8輸送給所述第二坩堝4。
[0083]所述后裝填速率處于0.lkg/h(千克/小時)至10kg/h的范圍內，尤其處于0.3kg/h至3kg/h的范圍內。低的后裝填速率是具有優點的，以便確保所述硅熔體2在所述第一坩堝3中的結晶不會受到所述后裝填的負面影響。尤其可以確保的是，后裝填的硅的體積束不會與所述第一坩堝3中的所述液態硅熔體2混成一體，并且尤其不會到達所述相邊界24。為此可以設置的是，在結晶過程的末尾適當地降低所述后裝填速率。
[0084]在整個結晶過程期間，所述后裝填可以在一個或者多個時間段期間實現。從所述第二坩堝4到所述第一坩堝3中總共可以后裝填容量Vn，所述容量Vn處于所述第一坩堝3的容量V1的5%至100%的范圍內。尤其適用的是=Vn = V1≥0.05，尤其是Vn = V1≥0.01，尤其是Vn = V1≥0.2，尤其是Vn = V1≥0.3。能夠適用的是=Vn = V1≥0.5，尤其是Vn = V1≥0.7，尤其是Vn = V1≥0.9。
[0085]在絕對數上，所述后裝填的硅的量尤其處于0.1kg至100kg的范圍內，尤其是處于0.3kg至3kg的范圍內。
[0086]所述后裝填的硅具有預先確定的濃度的一種或多種摻雜物。它尤其可以是沒有摻雜物的。所述后裝填的硅尤其可以是名義上沒有摻雜物的。它尤其具有小于每立方厘米
2.113個原子的摻雜物濃度。
[0087]它也可以具有選自下面的列表的一種或多種摻雜物:硼、招、鎵、銦、磷、砷和鋪。優選地，所述塊狀硅6或者布置在第二坩堝4中的用于后裝填所述第一坩堝3的硅熔體2僅僅包含唯一的摻雜物。
[0088]通過后裝填具有預先確定的濃度的一種或多種摻雜物的硅，可以影響結晶的硅錠中的摻雜物濃度。它尤其可以通過如下方式得以控制，即，補償所述第一坩堝3內所述硅熔體中的摻雜物濃度的變化，所述摻雜物濃度的變化可能由于分離效應而出現在所述硅熔體2結晶時。尤其可以實現的是，通過有針對性地后裝填具有確定濃度的一種或多種摻雜物的硅或者通過后裝填沒有摻雜物的硅，使得在所述第一坩堝3中結晶的硅塊具有均勻的摻雜物濃度并因此具有均勻的電阻型廓。
[0089]此外，可以設置的是，借助于電磁場，尤其是借助于能夠通過側面加熱元件14產生和控制的電磁場，使所述第一坩堝3中的硅熔體2拌勻。
[0090]按照根據本發明的方法生產的硅塊尤其具有如下電阻型廓，即在硅塊的整個延展部上所述電阻型廓在結晶方向上是基本上恒定的。在小于平均電阻率的30%，尤其是小于平均電阻率的20%，尤其是小于平均電阻率的10%的情況下，所述電阻寬度尤其處于所述硅塊的高度的至少50%之上，尤其處于所述硅塊的高度的至少60%之上，尤其處于所述硅塊的高度的至少70%之上，尤其處于所述硅塊的高度的至少80%之上。在這種情況下，所述電阻寬度應該理解為所述電阻率在兩個區域之間在所觀察的體積上的最大差別。換句話說，所述電阻寬度指明了所測量的最大電阻與所測量的最小電阻在所觀察的體積上的差別。所述硅塊在該均勻區域中的平均電阻率尤其處于1.2 Ω * cm (歐姆?厘米)至1.6 Ω.cm的范圍內，尤其是處于1.3 Ω.cm至1.5 Ω.cm的范圍內，尤其是處于1.3 Ω.cm至1.4 Ω.cm的范圍內。
[0091]所述硅塊尤其可以是η型硅塊。所述硅塊尤其摻雜有磷，并因此從傳導類型來看是η型傳導的(n-leitend)。對于摻雜磷來說，可供選擇地或者附加地，所述硅塊也可以具有帶有一種或者多種前面提及的摻雜物的摻雜料或者配合摻雜料。
[0092]可能特別具有優點的是，所述后裝填的硅的一種或多種摻雜物的濃度在結晶工藝的進程中變化。換句話說，所述后裝填的硅可以具有在時間上變化的摻雜物濃度。
[0093]在階段式后裝填，也就是說分批式后裝填的情況下，這能夠以簡單的方式通過如下方式來實現，即，分批地將具有不同摻雜物濃度的原料從所述第三容器8轉移到所述第二坩堝4中。
[0094]下面描述所述設備I的其它細節和特性。借助于所述第二坩堝4以及尤其是借助于配屬于它的加熱裝置，尤其是側面加熱元件19，能夠以簡單的方式將液態硅后裝填到第一坩堝3中。尤其可以連續地后裝填所述液態硅。能夠以靈活可控的后裝填速率來后裝填所述液態硅。通過后裝填液態硅，防止了由于相對冷的原料而使得所述第一坩堝3中的所述硅熔體2局部降溫。由此，改善了所述硅塊的晶體結構。
[0095]由于有待于在所述第二坩堝4中熔融的原料5的靈活的后裝填可能性以及尤其是由于它的特性的簡單可 控性，可以靈活并且準確地控制結晶中的硅塊的摻雜物濃度并因此控制它的電阻分布。由此可以生產出在其大部分高度上具有非常窄的電阻分布的硅塊。
[0096]可以在不同的時間點上和/或不同的結晶工藝中后裝填所述液態硅。
[0097]為了進行所述后裝填，使得所述第二坩堝4中分別相對小的量的塊狀硅6熔融。這改善了所述方法的可控性。
[0098]在所述方法的示例性實施形式中，使得所述第一坩堝3中400kg的硅熔融，并且在持續時間為30h上使它結晶。在這種情況下，在從結晶開始算起1h至從結晶開始算起25h之間的時間間隔內，也就是在持續時間為15h上，后裝填200kg的硅。因此，平均后裝填速率為 13.3kg/h。
[0099]在圖7中示出所述第二坩堝4的一種具有優點的實施方式的局部放大圖。如圖7中示例性所示，所述坩堝4包括兩個彼此連接的腔31、32。所述腔31、32通過隔板33彼此隔開。在這種情況下，在所述隔板33與所述坩堝4的底部34之間留有穿通口 35。所述穿通口 35形成所述腔31、32之間的流動連接。
[0100]所述隔板33通過如下方式布置和構成，即，它的下部的界定棱36尤其布置在所述出口尤其是所述流嘴12的下部的界定棱之下。因此，所述隔板33尤其充當用于漂浮在所述坩堝4中的硅熔體2上的固定材料的約束元件，尤其是用于漂浮在所述硅熔體2上的塊狀硅6的約束元件。
[0101]所述第二坩堝4的出口布置在其底部34之上。由此可以確保，在進行后裝填時總是有最少量的硅熔體2留在所述第二坩堝4中。由此可以確保，所述塊狀硅6不會從所述第三容器8中落入空的坩堝4中，而是直接落入液態硅中。由此可以改善對所述塊狀硅6的加熱。
[0102]所述第二坩堝4可以由氮化硅(Si3N4)、二氧化硅(S12)或者由碳纖維加固的塑料組成。
[0103]被后裝填的液態硅的質量流可以通過將所述塊狀硅6從所述第三容器8添加到所述第二坩堝4中而得以控制。這可以在所述腔9外部加以控制。
[0104]配屬于所述第二坩堝4的加熱元件的熱功率可以通過調節裝置來調節。為此，可以在所述頂部加熱器的區域中設置在附圖中未示出的熱電偶。所述功率尤其可以通過如下方式來調節，即，在所述第二坩堝4的區域中達到預先給定的設定溫度。只要在所述第一坩堝3中的硅熔體2的結晶工藝期間沒有階段式地后裝填液態硅，那么就可以降低配屬于所述第二坩堝4的加熱元件的熱功率。
[0105]下面參考圖3描述所述設備I的另一種實施例。相同的部件像根據圖1的實施例中那樣保留相同的附圖標記，特此 參見對它們的描述。在根據圖3的實施例中，所述第二坩堝4布置在所述頂部加熱元件15之上。這一方面可以改善從所述頂部加熱元件15到所述第二坩堝4中的熱量注入。此外，通過這種布局可以改善所述第一坩堝3中的溫度場的均勻性。通過將所述頂部加熱元件15布置在第一坩堝3與第二坩堝4之間，尤其可以確保，所述第二坩堝4不會對第一坩堝3中的溫度場產生負面影響，尤其是完全不會對第一坩堝3中的溫度場產生影響。在本實施方式中，所述頂部加熱元件15的所有臂22都可以具有相同的寬度b。
[0106]下面參考圖4描述所述設備I的另一種實施例。相同的部件像根據圖3的實施例中那樣保留相同的附圖標記，特此參見對它們的描述。
[0107]相對于根據圖3的實施例附加地，在根據圖4的實施例中，附加的頂部加熱元件37布置在所述第二坩堝4之上。由此，可以進一步改善所述第二坩堝4中的熱量注入。尤其可以實現的是，借助于所述頂部加熱元件37更加有針對性地控制所述第二坩堝4中的熱量注入。所述頂部加熱元件37可以是電阻加熱元件。所述頂部加熱元件37也可以構成為電子射線或者激光源，或者包括這種元件。在這種情況下，所述第二坩堝4可以特別小地構造。它尤其可以具有僅僅0.5升至2升的容量。電子射線或者激光源可以實現特別高的能量注入和對所述第二坩堝4中的塊狀硅6的熔融的特別準確和靈活的控制。
[0108]下面參考圖5描述所述設備I的另一種實施例。相同的部件像根據圖1的實施例中那樣保留相同的附圖標記，特此參見對它們的描述。
[0109]在根據圖5的實施例中，附加的底部加熱元件38布置在所述第二坩堝4之下。由此，所述底部加熱元件38尤其布置在所述第一坩堝與所述第二坩堝之間的區域中。由此，一方面可以改善所述第二坩堝4中的熱量注入。此外，借助于同時可以形成用于所述第一坩堝3的頂部加熱元件的所述底部加熱元件38，可以至少部分地，尤其是完全，補償所述第一坩堝3中的溫度場的由所述第二坩堝4造成的影響。
[0110]如在圖5示例性所示，可以放棄所述第一坩堝3上的蓋板28。這在其它的實施例中也是可行的。同樣，也可以在根據圖5的實施例中設置蓋板28。
[0111]此外，在圖5中以舉例的方式示意性示出了構成為接滴板39的延緩元件的布局。所述接滴板39可以布置在所述第二坩堝4上。它也可以布置在所述腔9上。為了布置所述接滴板39，尤其設置有由石墨制成的保持裝置。所述接滴板39也能夠以高度可調整的方式布置。借助于所述接滴板39，可以使得來自所述第二坩堝4的液態硅在進入到所述第一坩堝3中的硅熔體2之前被延緩。
[0112]下面參考圖6描述所述設備I的另一種實施例。相同的部件像根據圖1的實施例中那樣保留相同的附圖標記，特此參見對它們的描述。如圖6中示例性所示，可以放棄所述第二坩堝4的區域中的側面加熱元件19。根據圖6的實施例示出了設計上特別簡單的解決方案。這種解決方案尤其可以通過給所述第二坩堝4和所述儲存容器8加裝上至存在的結晶設備的輸送裝置7來實現。
[0113]原則上，所述設備I也可以包括兩個或者多個第二坩堝4和/或兩個或者多個第一坩堝3。所有的這些 坩堝都可以布置在相同的腔9中。
【權利要求】
1.一種用于生產娃塊的設備(I)，其包括: a、至少一個用于容納半導體熔體的第一容器(3)； b、至少一個用于容納半導體熔體的第二容器(4)； C、其中，所述至少一個第二容器(4)具有出口(12)，經由所述出口(12)，液態硅能夠從所述至少一個第二容器(4)流出到所述至少一個第一容器(3)中；以及 d、其中，所述容器(3、4)布置在共同的腔(9)中。
2.根據權利要求1所述的設備(1)，其特征在于，所述第二容器(4)的容量(V2)小于所述第一容器(3)的容量(V1),即V2 <
3.根據權利要求1至2之一所述的設備(I)，其特征在于，所述設備(I)包括加熱裝置(15)，所述加熱裝置(15)適用于不僅在所述第一容器(3)中而且在所述第二容器(4)中使得硅(6)熔融。
4.根據權利要求3所述的設備(I)，其特征在于，所述加熱裝置(15)通過如下方式構成，即，在使得所述第一容器(3)中的硅熔體(2)固化期間，能夠使得所述第二容器(4)中的塊狀硅(6)熔融。
5.根據前述權利要求之一所述的設備(1)，其特征在于用于容納塊狀硅(6)的第三容器(8 )，所述第三容器(8 )經由輸送裝置(7 )與所述第二容器(4 )連接。
6.一種用于生產硅塊的方法，其包括如下步驟: a、提供一種根據前述權利要求之一所述的設備(I)； b、在所述第一容器(3)中提供硅熔體(2)； C、在所述第二容器(4)中提供硅熔體(2)； d、使得所述第一容器(3)中的所述硅熔體(2)定向固化；以及 e、將液態硅從所述第二容器(4)轉移到所述第一容器(3 )中。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，在使得所述第一容器(3)中的所述硅熔體(2)定向固化期間，將液態硅從所述第二容器(4)轉移到所述第一容器(3)中。
8.根據權利要求6至7之一所述的方法，其特征在于，在一個或者多個時間段期間連續地將液態硅從所述第二容器(4)轉移到所述第一容器(3)中。
9.根據權利要求6至8之一所述的方法，其特征在于，所述第一容器(3)具有容量(V1),總共從所述第二容器(4)轉移到所述第一容器(3)中的液態硅具有容量(Vn)，其中，適用的是:0.0SV1 ( \。
10.根據權利要求6至9之一所述的方法，其特征在于，從所述第二容器(4)到所述第一容器(3)中的所述轉移以處于0.lkg/h至10kg/h范圍內的速率來實現。
11.根據權利要求6至10之一所述的方法，其特征在于，所述第二容器(4)中的硅具有預先確定的濃度的一種或多種摻雜物。
12.根據權利要求6至11之一所述的方法，其特征在于，在使得所述第一容器(3)中的硅熔體(2 )固化期間，至少階段式地將塊狀硅(6 )從第三容器(8 )輸送給所述第二容器(4 )。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，輸送給所述第二容器的硅(6)具有預先確定的濃度的一種或多種摻雜物。
14.一種娃塊,其按照根據權利要求6至13之一所述的方法來生產。
【文檔編號】C30B11/00GK104032370SQ201410068762
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2013年3月5日
【發明者】卡斯帕斯·戴斯, 馬克·迪特里希, 比安卡格朗迪-文約克, 斯蒂芬·洛克 申請人:太陽世界創新有限公司