CN104040038A - 坩埚及(近)单晶半导体锭的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于生产诸如硅的结晶半导体材料锭的坩埚(1)，所述坩埚包括外周侧壁(1b)和底板(1a)，所述底板的至少一部分涂有顶层(2)，其特征在于，所述顶层(2)具有至少500μm的厚度δ，并且在低于1400℃的变形温度下，所述顶层是可塑性或粘滞变形的。

Description

坩埚及(近)单晶半导体锭的生产方法

技术领域

本发明通常涉及生产用于光伏应用的半导体晶体，如硅。特别地，本发明涉及适合生产单晶或近单晶半导体锭的特定坩埚，其用于生产半导体晶片，具有特别有利的性价比。

背景技术

诸如硅的半导体晶片在光伏应用中被广泛用于将光子能量转换成电能。理想情况下，使用单晶半导体，比如单晶硅(MCS)，得到18-19％数量级的电转换率。然而，半导体单晶体的生产相当缓慢并且费用高，通常采用Czochralski拉制工艺。描述于例如EP1897976、US2011/214603和WO2011/083529中的Czochralski拉制工艺由拉制和从大量熔融半导体中结晶出锭的步骤组成。必须严格控制拉制条件以最大限度地减少缺陷的形成，并且特别的是，锭的拉制速率必须非常之低，这将生产成本增加到超出了光伏产业所能承受的范围。因此通过Czochralski拉制工艺生产的半导体晶片通常用于电子应用，很少用于光伏应用。

如US2007/0227189、FR-A1-2509638或EP-A2-949358中所述，一种便宜得多的半导体晶片类型是多晶，如多晶硅(PCS)，通常是采用Bridgman生长技术生产的，其中按受控的方式将容纳于坩埚中的大量熔融半导体材料冷却，以从坩埚的底部将材料固化，并使晶体-液体前沿朝着坩埚的顶部向上移动。为实施这种工艺，将坩埚放置在炉中并且用半导体原料进行填充。启动炉以熔化原料整体。然后用放置在坩埚下面的散热器通过底部底板抽取热量；通常散热器包括在管中流动的气体。通过改变气体流速有可能控制自原料抽取热量的速率。在与底板接触的原料层内的温度达到结晶温度时，晶体将自底部底板开始生长，并随着结晶前沿的行进而向上延伸。在Bridgman工艺期间需要仔细控制热流和锭对坩埚侧壁的附着以防止在锭中产生裂缝。例如，FR2509638中建议提供带有顶层的坩埚，所述顶层由具有低热容量的陶瓷纤维的柔性织物构成并且能够直接接收熔融硅批料，使得顶层一经与硅接触便可以非常迅速地被加热到硅的温度。在EP949358中，在500至1500μm粒度的烧结粗熔融二氧化硅层的顶部上设置尺寸不大于100μm的烧结熔融二氧化硅粉末的剥离顶层，其在结晶锭收缩时易于从后者上剥离。与Czochralski拉制工艺生产约100kg批料相比，采用Bridgman技术可生产多达500kg的批料。当通过Bridgman技术生产的多晶半导体锭的成本为采用Czochralski技术生产的单晶锭的成本的约三分之一时，与用单晶晶片获得的转换率相比，用多晶晶片获得的约14-16％的转换率是相当低的。

近期研究已表明，可采用Bridgman技术生产单晶或近单晶半导体锭，方式是通过用单晶晶种铺盖坩埚的底板，其为例如通过Czochralski技术获得的单晶半导体材料的几个毫米到厘米厚的板。这样的结果例如在FR2175594、WO2010/005705、US2011/0146566和US2010/0003183中给出。与原料接触的晶种的顶表面应随之一起熔化。必须在晶种的底表面开始熔化前自坩埚的底部抽取热量，使得可自部分熔化的晶种生长单晶锭，在结晶进行时注意保持稳定的固化前沿。因此必须非常精确地控制坩埚内的温度特性(temperature profile)。

采用Bridgman工艺进行半导体锭的(近)单晶生长的第一个限制是，除了自底板生长的单向晶体X_u外，自坩埚的侧向壁还生长出横向晶体X_t，方向横向于(transverse to)单晶的一般生长方向，如图3(a)所示。这些横向晶体的长度t₁可达到几个cm，这可在相邻的单向晶格中产生缺陷，并且必须将其从锭上修整掉并再次熔化，因为它们不适合用于光伏应用，对工艺的有效性是不利的。这种工艺的第二个限制是，实施结晶所需的温度特性依赖于对相对较大的熔炉进行的温度控制。尽管在对这种炉进行温度控制方面有了实质性进展，但它们仍然缺乏这种精细工艺所需的精确性。

本发明提出了通过Bridgman工艺生产(近)单晶半导体锭的解决方案，该工艺中自坩埚的侧向壁生长的横向晶体厚度基本上低于此后达到的厚度。本发明还允许对在给定熔炉内尽管是不可避免但并不需要的温度梯度进行补偿，使得稳定的凸结晶前沿行进无碍。继续部分给出本发明的这些及其它优点。

发明内容

本发明由所附的独立权利要求限定。从属权利要求限定优选的实施方案。特别地，本发明涉及用于生产诸如硅的结晶半导体材料锭的坩埚，所述坩埚包括外周侧壁和底板，所述底板的至少一部分涂有顶层，其特征在于，所述顶层具有至少500μm的厚度δ，并且在低于1400℃的变形温度下，所述顶层是可塑性或粘滞变形的。

顶层可包含以下材料中的一种或多种：氮化硅(Si₃N₄)、赛隆(sialon)、氧氮化硅、硅氧烷、硅氮烷、熔融石英或熔融二氧化硅、合成二氧化硅、氧化铝、天然或合成的基于CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO₂的陶瓷材料，形式为：

-优选包括介于0.3与1.6g/cm³之间、更优选介于0.8与1.3g/cm³之间的密度的低密度层，比如泡沫，或

-颗粒，如非织造纤维、中空壳体、纳米颗粒、中间相球状颗粒。

每种前述材料优选具有小于20ppm、更优选小于5ppm、最优选小于1ppm的Fe含量。顶层的密度优选比限定坩埚内部体积的其它壁的内表面的密度低至少20％。

顶层可仅包括一个层，或者其可以包括不同材料的两个或更多个层。如果有若干层的话，优选最上面的层由氮化硅(Si₃N₄)制成或包含氮化硅。

顶层优选具有大于0.6mm、优选大于0.8mm、更优选大于1.0mm、最优选大于2.0mm的厚度，并且具有的厚度优选不超过20.0mm，更优选不超过10.0mm，最优选不超过5.0mm。

如果坩埚的底板接合其侧壁形成具有半径R的边缘，则顶层的厚度δ优选大于半径R，使得可以用晶种铺盖底板，形成直到完全是坩埚的边缘的平坦覆盖层。

可变形的顶层的优点是能提供用于铺设结晶晶种的最佳基底。因此可以将至少一个结晶晶种压印在顶层中。当然优选的是，用晶种覆盖整个底板，并且然后必须将至少两个结晶晶种并置压印在顶层中，它们的顶表面基本上是共面的。对于在工业规模上实施Bridgman工艺所需的尺寸的炉来说，几乎不可能确保在整个体积当中到处都是温度均匀的。为确保流过晶种和坩埚的底部底板的热量均匀(尽管局部温度有变化，这表示给定炉的特征)，可以局部地使用较薄或较厚的晶种板以加速或减慢晶种的顶表面与散热器之间的热量流动。

晶种优选为单晶。然而也可以使用具有特定的晶粒取向或尺寸以形成多晶锭的多晶晶种。本发明坩埚特别适合用于生长硅锭。

本发明还涉及生产定向结晶半导体材料锭、优选单晶或近单晶锭的方法，包括以下步骤：

-提供如上文所述及的坩埚，

-将至少一个结晶晶种铺设到顶层上面；

-使顶层的温度达到其变形温度；

-将压力施加到至少一个结晶晶种上面以将其压印到顶层里，使得其至少部分地陷入可变形的顶层；

-用装载的半导体原材料填充坩埚；

-提高坩埚中的温度以完全熔化原料并熔化至少一个结晶晶种的顶表面；

-通过坩埚的底板抽取热量以防止至少一个结晶晶种的底表面熔化并引发原料的定向结晶。

在坩埚中的温度被升到高于变形温度时，压印至少一个结晶晶种的压力可通过原料的自身重量得以施加。然而优选的是，以受控的方式将压力施加到至少一个晶种上面，优选用适当的工具，确保晶种的最终位置是可再现的。特别地，可以通过控制刚性垂直杆从其接触一个结晶晶种的第一端到固定点(如坩埚的上边缘或坩埚内部或外部的任何固定点)的长度来对至少一个结晶晶种施加压力。

在实践中，特别优选的是，顶层覆盖坩埚底板的整个面积，并且将两个或更多个结晶晶种并置铺展以覆盖基本上顶层的整个面积。应该将两个或更多个结晶晶种压印到顶层上面，使得它们的顶层基本上是共面的。

如上面所讨论的那样，尽管在开发能够相当精确地控制热量流动的炉子方面进行了大量的研究，但如此达到的精确度通常不足以控制热量流动以便获得最佳的结晶前沿形状和推进速率。为解决这个问题，本发明的方法可进一步包括以下步骤：

(a)对于给定的熔炉，在热抽取步骤期间对至少两个结晶晶种顶表面的区域之上的温度分布进行表征；

(b)在晶种的整个顶表面区域之上建立起作为至少两个结晶晶种每个的位置的函数的热点和冷点的标图；

(c)确定至少两个结晶晶种每个的厚度，以便在所述熔炉中的热抽取步骤期间允许将晶种的整个顶表面区域之上的温度分布均匀化；

(d)在相应的位置上用如此确定厚度的至少两个结晶晶种铺盖坩埚底板；

(e)用原料装载坩埚并实施必要的步骤使原料熔化和结晶以形成定向结晶的半导体材料锭。

在本发明方法的优选实施方案中，一个或多个结晶晶种为硅，优选为单晶硅，并且原料由硅和用于生产硅锭的掺杂材料组成。然后可以将如此得到的锭切成晶片，然后可以进一步处理晶片以生产太阳能电池。

可以通过包括以下步骤的方法制造如上文所述及的坩埚：

(a)制造由基于氧化硅的耐火材料制成并且包括底板和侧壁的坩埚；

(b)任选对所述坩埚的底板和/或侧壁的内表面施加一个或多个涂层；

(c)通过喷涂、辊涂、流延、刷涂或其任意组合对底板施加厚度δ为至少500μm的顶层，所述顶层在低于1400℃的变形温度下是可塑性或粘滞变形的。

附图说明

附图中示出本发明的各种实施方案。

图1：示意性地显示根据本发明的方法结晶半导体锭的四个步骤。

图2：示意性地显示如何对给定炉内的温度梯度进行校正，以便在坩埚内获得所需的温度特性，

图3：示意性地显示自(a)现有技术的和(b)根据本发明的坩埚的侧壁垂直于单向锭生长的晶体结构X_t。

图4：示意性地显示(a)典型的可塑性变形的材料的应力-应变曲线，和(b)典型的可粘滞变形的材料的应力-应变速率曲线。

具体实施方式

如图1(a)中可见，根据本发明的坩埚(1)非常类似于在现有技术中采用Bridgman技术生长(近)单晶锭(例如，硅)所使用的坩埚。其包括由诸如石英的基于氧化硅的耐火材料制成的底部底板(1a)和侧壁(1b)。其可具有圆形基底，但其通常具有方形或矩形基底。底板和侧壁可包括在所属领域中通常使用的涂层，其为例如氮化硅的几个微米厚的层。可以用结晶晶种(3)铺盖坩埚的底板(1a)，优选基本上覆盖所述底板的整个面积。根据本发明的坩埚与现有技术的坩埚区别在于，底板(1a)包括具有至少500μm的厚度δ的顶层(2)，其如图1(b)中所示在变形温度T_变形或变形温度T_变形以上是可塑性或粘滞变形的，使得在其上施加压力P时可以压印结晶晶种(3)，使其至少部分地陷入顶层(2)。变形温度应低于1400℃。变形温度越低就越容易处理和安置结晶晶种，并且其极好地是可以为室温。

如本领域技术人员熟知的那样，可塑性变形的材料是在施加负荷时经历不可逆变形的材料。这是与弹性变形相反的，后者是可逆的。通常情况下，塑性变形发生于负荷高于所谓的屈服强度σ_y的情况下，而在低于屈服强度σ_y时变形通常是弹性的。可塑性变形的材料的应力(σ)-应变(ε)曲线的一个例子示意性地示于图4(a)。

另一方面，粘性变形的特征在于变形与正比于粘度的应变速率之间的关系。如图4(b)中所示，在变形期间粘度　可发生变化。当粘度不依赖于应力和应变速率时(像水一样)，流体被认为是牛顿型的。如果粘度随应力和应变速率增大而减小，则材料被认为是剪切稀化的或者在一些情况下被认为是触变性的，像番茄酱一样。相反，当粘度增大时，材料被认为是剪切稠化的。Bingham塑料是在低应力下表现如同固体、但在高应力下如粘性流体一样流动的材料。本文中的可粘滞变形的顶层意思是指这样的顶部涂层，其具有的粘度为至少500mPa.s，优选为至少1Pa.s，更优选为至少5Pa.s，更优选为至少20Pa.s，其中粘度是用以1Hz旋转的平行板在变形温度与1400℃之间的温度下测量的。

顶层(2)通常可包含以下材料中的一种或多种：氮化硅(Si₃N₄)、熔融石英或熔融二氧化硅、合成二氧化硅、二氧化硅凝胶、氧化铝、天然或合成的基于CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO₂的陶瓷材料，形式为：

-优选包括介于0.3与1.6g/cm³之间、更优选介于0.8与1.3g/cm³之间且最优选比限定坩埚内部体积的其它壁的内表面的密度低至少20％的密度的低密度层，比如泡沫。或者

-颗粒，如非织造纤维、中空壳体、纳米颗粒。

颗粒材料优选包含粘结剂以稳定涂层。粘结剂应优选在低温下是可变形的，或者存在的量足够低，使得顶层在其上被压印结晶晶种时仍可屈服。粘结剂本身可以是泡沫或展示出塑性、粘性或粘弹性行为，以在将压力施加到结晶晶种上面时屈服。例如，粘结剂可以是二氧化硅凝胶或胶态二氧化硅。顶层(2)的材料应具有小于20ppm、更优选小于5ppm、最优选小于1ppm的Fe含量，因为铁对于大多数半导体(特别是硅)的结晶是不利的。顶层(2)可包括若干层，层的组合形成可变形的顶层。例如，其可具有硅颗粒或多孔二氧化硅基底层和氮化硅(Si₃N₄)顶层。为了与硅组合时使其产生有利的性质，优选最上面的层包含氮化硅(Si₃N₄)。

顶层(2)必须具有至少500μm的厚度。其厚度当然可以更大，例如厚度大于0.6mm，优选大于0.8mm，更优选大于1.0mm，最优选大于2.0mm。然而出于经济原因以及热抽取效力的考虑，优选顶层(2)的厚度不超过20.0mm，更优选不超过10.0mm，最优选不超过5.0mm。

结晶晶种(3)是厚度约5至25mm、优选8至15mm、更优选10至12mm的板。按成本来考虑，较薄的晶种是有利的，特别是如果其为单晶的话，并且按热抽取速率来考虑。然而更成问题的是在晶种的厚度减小时要控制晶种的上表面而不是底部被熔化。因此对于给定的应用来说，结晶晶种的最佳厚度取决于操作者的技术以及取决于所用的设备。

按用来制造用于生长半导体锭的坩埚的方法，并且为防止在耐火材料(例如石英)中形成高应力集中，通常底板(1a)连接坩埚的侧壁(1b)时形成半径R，如图3中的辅助标号(1c)所示。坩埚内边缘的半径R的数量级通常为5至20mm，特别是8至15mm。结晶晶种必须平放在底部底板(1a)上，并且因此可仅覆盖底板的平处。因此，由铺盖的晶种形成的周边必须与侧壁(1b)分隔至少等于R的距离(参考图3(a))。因为热量通过底部底板疏散，所以晶体X_u将自晶种(3)的熔融表面开始向上生长，但晶体X_t也将自侧壁(1b)开始侧向生长。控制推进的热前沿，以便其具有平的或优选凸的形状(参考图1(d))，这样可促进垂直晶体X_u的生长，对侧向晶体X_t则是不利的，但后者仍可生长达几个厘米的距离t₁。由此可知，在由锭切出晶片之前，必须将锭的每个侧面修整达几个厘米，这表示对工艺的有效性有严重的限制。

如果顶层(2)的厚度δ大于坩埚(1)的弯曲内边缘(1c)的半径R，则晶种(3)可基本上覆盖底板(1a)的整个面积，相当接近侧壁(1b)，即使不与之发生接触，如图3(b)中所示。在这些条件下已观察到，侧向晶体X_t的尺寸t₂基本上小于用现有技术的坩埚获得的晶体尺寸t₁(比较图3(a)和(b))。侧向晶体X_t的尺寸减小表示经济性相当优于现有技术的工艺，因为必须对锭进行修整的厚度受控于侧向晶体X_t中的最大者，所以相应地减少了高价值刮料的量。显而易见的是可以将刮料重新用作原料并再次熔化，但这一过程是相当耗能的。

在图3(b)中可见，将结晶晶种(3)压印到顶层(2)里，也就是说，其部分地嵌入顶层(2)中。这样具有的第一个优点是，铺盖的结晶晶种(3)的顶表面的平面度可以很容易地通过以下的方式得到保证，即控制在其上施加的压力以将晶种压印到顶层里。因此坩埚的底板(1a)的平整度就不再有多么关键了。在现有技术的坩埚中，晶种直接铺设在底板上面或者在薄涂层的顶部上，并且底板上的任何缺陷都影响晶种的平面度。因此必须相当精细地对底板进行机械加工和抛光，这是一种劳动力和成本密集型的操作。采用本发明的坩埚则没有必要再进行这种操作，这大大地降低了其成本。本发明的顶层的另一优点是，与晶种同坩埚的耐火底板之间的不完全接触的情况相反，晶种与顶层之间的接触相当紧密。热导率相应地得到提高，并且由此得到的热量流动速率甚至可高于采用抛光情况不佳的底板时得到的热量流动速率，尽管顶层(2)具有附加的厚度。

如图2(a)所示，包括炉和散热器的大多数Bridgman型装置不能提供如工艺的严格结晶条件所要求的那样精确的温度特性均匀度。在图2中，在T1-T5五个点处测量铺盖晶种表面的温度并示意性地表示在下面的温度-位置曲线图中。因为给定的装置将具有特定的冷点和热点，所以在晶种的顶部的温度特性发生变形，并不提供最佳的结晶条件。将(近)单向结晶的材料(5b)与熔融材料(5a)分开的结晶前沿相应地偏斜，在晶格中产生缺陷。

通过在不同温度处使用不一样厚度的结晶晶种(3)，有可能校正坩埚内的温度特性和结晶前沿的形状，尽管炉/散热器存在热不均匀性。如图2(b)中所示，如果在炉/散热器显示冷点(参考图2(a)的温度-位置曲线图在位置T4和T5)的位置T4和T5处使用较厚的晶种(3)，则可在位置T4和T5处局部地降低冷却速率，并且在所述位置处在晶种的顶表面测量的温度可以被在位置T1和T2处测量的温度拉平。当然，不用较厚的晶种减慢穿过晶种和坩埚底板的热量流动，也可以使用较薄的晶种来增加热量流动以补偿局部的热点。通过拉平坩埚内的温度特性，结晶前沿也被拉平，使得可以形成晶格缺陷大幅度减少的晶体。可变形的顶层(2)允许用不同厚度的结晶晶种铺盖底板(1b)，并且仍然形成平表面，方式是通过将较厚的晶种比较薄的晶种更深地压印到顶层里。铺盖晶种的平顶表面是优选的。然而，如果两个晶种之间的厚度差太大，则并不总是有可能通过改变压印深度来补偿厚度差。只要晶种的顶表面相互平行，它们之间的水平差就是可接受的。在这些条件下仍然可以实现温度前沿的校正。然而，优选的是晶种的顶表面为共面的，特别是如果结晶晶种为单晶的话。

因此可以有利地采用本发明的方法生产(近)单晶锭，包括示意性地示于图1的以下步骤：

(a)提供如上文所述及的坩埚，在其底板(1a)上包括厚度δ为至少500μm且在低于1400℃的变形温度下是可塑性或粘滞变形的顶层(2)；优选的是，变形温度低于200℃，更优选低于100℃，更优选在室温附近；

(b)将至少一个结晶晶种(3)铺设到顶层(2)上面(参考图1(a))；非常优选的是由至少两个并置的结晶晶种铺盖基本上坩埚底板(1a)的整个面积，它们的顶表面优选基本上相互平行，并且更优选为共面的；

(c)使顶层的温度达到其变形温度；

(d)将压力施加到至少一个结晶晶种上面以将其压印到顶层(2)里，使得其至少部分地陷入可变形的顶层(参考图1(b))；

(e)用装载的半导体原材料填充坩埚；

(f)控制坩埚中的温度以确保原料是完全熔融的(5a)，并且至少一个结晶晶种的仅顶表面也是熔融的(参考图1(c))；专门为Bridgman工艺设计并设有散热器和精确的温度控制系统的熔炉是市售的；

(g)通过坩埚的底板抽取热量以防止至少一个结晶晶种的底表面熔化并引发原料的定向结晶(5b)(参考图1(d))。

可以通过简单地在每个结晶晶种(3)的顶部上放置重物来施加步骤(d)中的压力。然而这种相当简单的解决方案并不允许确保所有晶种的顶表面是相互平行的，更不用说是共面的。可按以下方式在某种程度上提高但并不能确保共面性，即通过首先在由结晶晶种铺盖的整个表面的顶部上铺设板，并例如通过重物在其上施加压力。然而这种解决方案不能应用于不同厚度的晶种放在厚度不足以吸纳晶种的厚度差的顶层(2)上的情况。在优选的实施方案中，使用拉平装置以将结晶晶种压印到顶层里。可将拉平装置固定到坩埚的上边缘，或者可以将其安装在包括用于容纳坩埚的接收部分的框架上。拉平装置优选包括与存在的结晶晶种一样多的杆，并且它们被安装成接触每个晶种的中心。每个杆的接触端优选设有平底板，其垂直于杆延伸并且尺寸比晶种小或相同。可以用例如带螺纹的系统沿垂直方向精确地移动杆与它们的接触板。可以通过控制每个杆的长度(位置控制)或者通过控制由每个杆施加的力来对每个晶种施加压力，如采用螺旋弹簧或其它弹性装置。

考虑到用于控制坩埚内温度的给定熔炉+散热器系统中的任何温度不均匀性，可以实施以下步骤：

对于给定的熔炉，在热抽取步骤期间对至少两个结晶晶种顶表面的区域之上的温度分布进行表征；这可以通过以下方式进行，即在晶种的顶表面的不同点处放置若干热电偶(参考图2(a)，底图)，或者用红外摄像机；

-在晶种的整个顶表面区域之上建立起作为至少两个结晶晶种每个的位置的函数的热点和冷点的标图；标图可包括在以不同的热抽取速率启动散热器时冷却步骤的不同阶段；

-确定至少两个结晶晶种每个的厚度，以便在所述熔炉中的热抽取步骤期间允许将晶种的整个顶表面区域之上的温度分布均匀化；考虑热导率和每种材料的尺寸或者(更精确地)通过有限元建模(fem)可以很容易地对此进行大致的计算；

-在相应的位置上用如此确定厚度的至少两个结晶晶种铺盖坩埚底板(1a)；

-用原料装载坩埚并实施必要的步骤使原料熔化并然后结晶以形成定向结晶的半导体材料锭，如上文讨论以及图1(d)和2(b)中所示的那样。

本领域技术人员可以很容易地制造根据本发明的坩埚，因为有能力：

-按常规方式制造由基于氧化硅的耐火材料制成且包括底板(1a)和侧壁(1b)的坩埚；

-任选对所述坩埚的底板(1a)和/或侧壁(1b)的内表面施加一个或多个涂层，如本领域技术人员已知的那样；以及

-通过喷涂、辊涂、流延、刷涂或其任意组合对底板(1a)施加厚度δ为至少500μm的顶层(2)，所述顶层在低于1400℃的变形温度下是可塑性或粘滞变形的。

顶层(2)的施加虽然是新颖的，但可由本领域技术人员很容易地实施。

Claims (14)

1.用于生产诸如硅的结晶半导体材料锭的坩埚(1)，所述坩埚包括外周侧壁(1b)和底板(1a)，所述底板的至少一部分涂有顶层(2)，其特征在于，所述顶层(2)具有至少500μm的厚度δ，并且在低于1400℃的变形温度下，所述顶层是可塑性或粘滞变形的。

2.根据权利要求1所述的坩埚，其中所述顶层(2)包含以下材料中的一种或多种：氮化硅(Si₃N₄)、赛隆、氧氮化硅、硅氧烷、硅氮烷、熔融石英或熔融二氧化硅、合成二氧化硅、氧化铝、天然或合成的基于CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、ZrO₂的陶瓷材料，形式为：

-优选包括介于0.3与1.6g/cm³之间、更优选介于0.8与1.3g/cm³之间的密度的低密度层，比如泡沫，或

-颗粒，如非织造纤维、中空壳体、纳米颗粒、中间相球状颗粒，

每种前述材料优选具有小于20ppm、更优选小于5ppm、最优选小于1ppm的Fe含量。

3.根据前述权利要求所述的坩埚，其中所述顶层包括至少两个不同材料的层，最上面的层优选由氮化硅(Si₃N₄)制成。

4.根据前述权利要求中任一项所述的坩埚，其中所述顶层(2)的密度比限定所述坩埚的内部体积的其它壁的内表面的密度低至少20％。

5.根据前述权利要求所述的坩埚，其中所述底板(1a)连接所述坩埚的侧壁(1b)时形成半径R，并且其中所述顶层(2)的厚度δ大于半径R。

6.根据前述权利要求中任一项所述的坩埚，其中将至少一个结晶晶种(3)压印在所述顶层(2)中，并且优选将至少两个结晶晶种(3)压印在所述顶层(2)中，它们的顶表面基本上是共面的。

7.根据前述权利要求所述的坩埚，其中所述至少两个结晶晶种具有不同的厚度并且优选为硅晶种，更优选为单晶硅晶种。

8.生产定向结晶的半导体材料锭的方法，包括以下步骤：

-提供根据权利要求1至7中任一项所述的坩埚，

-将至少一个结晶晶种(3)铺设到所述顶层(2)上面；

-使所述顶层的温度达到其变形温度；

-将压力施加到所述至少一个结晶晶种上面以将其压印到所述顶层(2)里，使得其至少部分地陷入所述可变形的顶层；

-用装载的半导体原材料填充所述坩埚；

-控制所述坩埚中的温度以完全熔化所述原料并熔化所述至少一个结晶晶种的仅顶表面；

-通过所述坩埚的底板抽取热量以防止所述至少一个结晶晶种的底表面熔化并引发所述原料的定向结晶。

9.根据前述权利要求所述的方法，其中通过控制刚性垂直杆从其接触一个结晶晶种的第一端到固定点(如所述坩埚的上边缘或所述坩埚内部或外部的任何固定点)的长度来对所述至少一个结晶晶种施加压力。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述顶层(2)覆盖所述坩埚底板(1a)的整个面积，并且将至少两个结晶晶种并置铺展以覆盖基本上所述顶层(2)的整个面积，使得所述至少两个结晶晶种的顶表面基本上是共面的。

11.根据前述权利要求所述的方法，其中

-对于给定的熔炉，在所述热抽取步骤期间对所述至少两个结晶晶种顶表面的区域之上的温度分布进行表征；

-在所述晶种的整个顶表面区域之上建立起作为所述至少两个结晶晶种每个的位置的函数的热点和冷点的标图；

-确定所述至少两个结晶晶种每个的厚度，以便在所述熔炉中的所述热抽取步骤期间允许将所述晶种的整个顶表面区域之上的温度分布均匀化；

-在相应的位置上用如此确定厚度的所述至少两个结晶晶种铺盖所述坩埚底板(1a)；

-用原料装载所述坩埚并实施必要的步骤使所述原料熔化和结晶以形成定向结晶的半导体材料锭。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其中所述一个或多个结晶晶种是单晶，并且如此结晶的锭基本上是单晶或近单晶。

13.根据权利要求8至12中任一项所述的方法，其中所述一个或多个结晶晶种为硅，优选为单晶硅，并且所述原料由硅和用于生产硅锭的掺杂材料组成，并且其中进一步处理如此得到的结晶硅锭以生产太阳能电池。

14.制造根据权利要求1至7中任一项所述的坩埚的方法，包括以下步骤：

-制造由基于氧化硅的耐火材料制成并且包括底板(1a)和侧壁(1b)的坩埚；

-任选对所述坩埚的底板(1a)和/或侧壁(1b)的内表面施加一个或多个涂层；

-通过喷涂、辊涂、流延、刷涂或其任意组合对所述底板(1a)施加厚度δ为至少500μm的顶层(2)，所述顶层在低于1400℃的变形温度下是可塑性或粘滞变形的。