-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Ingots.
-
Die Herstellung von Silizium-Ingots ist ein wesentlicher Schritt bei der Herstellung von Silizium-Wafern, insbesondere für photovoltaische Anwendungen. Verfahren zur Herstellung von Silizium-Ingots sind beispielsweise aus der
US 2010/0203350 A1 und der
US 2010/0193031 A1 bekannt. Es besteht fortwährend Bedarf, derartige Verfahren weiterzuentwickeln.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Herstellung von Silizium-Ingots zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
-
Der Kern der Erfindung besteht darin, die Phasengrenze bei der Kristallisation einer Silizium-Schmelze durch Steuerung des Temperaturfeldes im Tiegel mittels einer Temperatur-Steuereinrichtung derart zu beeinflussen, dass eine Tendenz zur Zwillingsbildung verringert wird. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass insbesondere die Randbereiche, das heißt die Bereiche, an welchen Keimvorgaben an die Tiegelwand angrenzen, bzw. in Längsrichtung des Tiegels daran angrenzende Bereiche, für die Ausbildung von sogenannten Kristallzwillingen besonders kritisch sind. Während sich durch eine geeignete Auslegung des Tiegelbodens mit Keimvorgaben ein homogenes Ankeimen mit vorgegebener Orientierung erreichen lässt, erstarrt die Silizium-Schmelze in den an die Tiegelwände angrenzenden Randbereichen in der Regel multikristallin. Zwischen einem monokristallinen erstarrenden Zentralbereich und den multikristallinen Randbereichen bildet sich eine Korngrenze, welche an der Phasengrenze Facetten({111}-Ebenen) ausbilden kann. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die relative Lage der Phasengrenze zu diesen Facetten einen entscheidenden Einfluss auf die Tendenz zur Zwillingsbildung hat. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass insbesondere die Form der Phasengrenze an der Korngrenze zwischen dem monokristallinen Zentralbereich, insbesondere zwischen den monokristallinen Keimvorgaben, und dem daran angrenzenden Randbereich einen wichtigen Einfluss auf die Tendenz zur Zwillingsbildung hat. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass insbesondere die <111>-Netzebenennormale an der Korngrenze zwischen dem monokristallinen Zentralbereich, insbesondere zwischen den monokristallinen Keimvorgaben, und dem daran angrenzenden Randbereich senkrecht auf der Phasengrenze stehen muss (φ = 90°). Dies bedeutet, dass eine konvexe, zur Schmelze hin gewölbte Phasengrenze vorliegen muss und der Grad der Krümmung abhängig von der axialen Kornorientierung der Keimvorlage ist. Erfindungsgemäße wurde erkannt, dass eine Phasengrenze, deren Tangente an der Korngrenze zwischen dem monokristallinen Zentralbereich und dem multikristallinen Randbereich nicht parallel zur sich dort ausbildenden {111}-Facette liegt, eine stärkere Schmelzunterkühlung auf der {111}-Facette erzeugt, als zum eigentlichen Kristallwachstumsprozess nötig wäre und sich damit die Wahrscheinlichkeit für die Ausbildung von Kristallzwillingen erhöht. Durch eine geeignete Beeinflussung der Lage und Ausbildung der Phasengrenze lässt sich somit die Tendenz zur Zwillingsbildung beeinflussen. Durch Steuerung des Temperaturfeldes im Tiegel mittels einer Temperatur-Steuereinrichtung kann die Phasengrenze insbesondere derart beeinflusst werden, dass die Zwillingsbildung in einen sich an die Seitenwände anschließenden, in einen Innenraum des Tiegels erstreckenden Randbereich vollständig vermieden wird.
-
Eine Vielzahl von Keimvorgaben wird auf der Bodenwand des Behälters angeordnet. Die Keimvorgaben weisen identische laterale Orientierungen auf. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn an der Facette möglichst keine Unterkühlung vorliegt, die für das Zwillingswachstum benötigt wird. Deshalb sollte die Phasengrenze möglichst parallel zur Facette (111-Ebene) ausgerichtet sein. Da die kritischen Facetten diejenigen sind, die sich in Richtung Blockzentrum neigen bedeutet dies eine konvexe Phasengrenze. Das gilt für alle vorgesehenen axialen Orientierungen. Lediglich der Grad der Konvexität muss für unterschiedliche Orientierungen angepasst werden, da die Facetten unterschiedlich Richtung Blockzentrum geneigt sind.
-
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei Keimvorgaben mit einer axialen <110>-Orientierung, das heißt bei einer Erstarrung der Silizium-Schmelze, bei welcher der kristallisierende Silizium-Ingot eine <110>-Orientierung aufweist, welche parallel zur Längsrichtung des Tiegels ausgerichtet ist, das Temperaturfeld im Tiegel derart zu steuern, dass sich eine konvexe Phasengrenze einstellt. Dies kann über eine geeignete Steuerung von Heiz- und/oder Kühl-Elementen, welche um den Tiegel herum, insbesondere im Bereich der Seitenwände des Tiegels, angeordnet sind, erreicht werden. Das Temperaturfeld im Behälter wird insbesondere derart gesteuert, dass ein Winkel φ zwischen der <111>-Netzebenennormalender mindestens einen Keimvorgabe bzw. des bereits kristallisierten Silizium-Ingots und der Phasengrenze mindestens 45°, insbesondere mindestens 60°, insbesondere 90° beträgt. Dies führt zu einer besonders wirksamen Verhinderung der Zwillingsbildung.
-
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Querschnitt durch einen Tiegel zur Herstellung von Silizium-Ingots mit einer Anordnung von Keimvorgaben am Boden,
-
2 eine schematische Aufsicht auf eine übliche Anordnung von Keimvorgaben mit einer axialen <110>-Orientierung am Boden des Tiegels,
-
3 bis 5 schematische Aufsichten auf vorteilhafte Anordnungen von Keimvorgaben mit axialen <110>-Orientierungen am Boden des Tiegels,
-
6 eine Ansicht gemäß 2 für Keimvorgaben mit einer axialen <100>-Orientierung,
-
7 eine Ansicht gemäß 6 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung von Keimvorgaben mit einer axialen <100>-Orientierung,
-
8 eine Darstellung gemäß 2 für Keimvorgaben mit einer axialen <110>-Orientierung,
-
9 eine Darstellung gemäß 8 mit einer erfindungsgemäßen Anordnung der Keimvorgaben,
-
10 eine schematische perspektivische Teildarstellung des Tiegels mit den Keimvorgaben gemäß 2,
-
11 eine schematische Darstellung eines Vertikalschnitts durch einen Tiegel zur Herstellung eines Silizium-Ingots zur Verdeutlichung der Lage einer planaren Phasengrenze bei der Kristallisation einer Silizium-Schmelze,
-
12 eine Darstellung gemäß 11, wobei das Temperaturfeld im Tiegel derart gesteuert wird, dass sich eine konkave Phasengrenze einstellt, und
-
13 eine Darstellung gemäß 11, wobei das Temperaturfeld im Tiegel derart gesteuert wird, dass sich eine konvexe Phasengrenze einstellt.
-
Bei einen Verfahren zur Herstellung von Silizium-Ingots wird zunächst ein als Tiegel oder Kokille ausgebildeter Behälter 2 zur Aufnahme einer Silizium-Schmelze 3 bereitgestellt.
-
Der Behälter 2 weist einen sich senkrecht zu einer auch als axiale Richtung bezeichneten Längsrichtung 4 erstreckenden Boden 5 und vier sich zumindest komponentenweise in Längsrichtung erstreckende Seitenwände 6 auf. Der Boden 5 ist quadratisch, d. h. der Behälter 2 weist einen quadratischen Querschnitt auf. Es ist jedoch ebenso möglich, den Behälter 2 mit einem hiervon abweichenden Querschnitt, insbesondere mit einem runden, insbesondere kreisförmigen Querschnitt auszubilden.
-
Am Boden 5 des Behälters 2 wird eine Mehrzahl von Keimvorgaben 7 angeordnet. Die Keimvorgaben 7 sind vorzugsweise aus einem einkristallinen Silizium-Kristall. Sie weisen insbesondere keine Korngrenzen auf. Sie weisen insbesondere eine bekannte Kristallstruktur mit einer bekannten axialen Orientierung und bekannten lateralen Orientierung auf. Hierbei bezeichnet die axiale Orientierung die Orientierung in Richtung senkrecht zu einer oberen und unteren axialen Keimschnittfläche 13, 14. Die lateralen Orientierungen kennzeichnen die Kristallstruktur der Keimvorgaben 7 in Richtung parallel zu den Keimschnittflächen 13, 14. Die Axialrichtung entspricht einer Längsrichtung senkrecht zum Boden 5 des Behälters 2.
-
Die Keimschnittflächen 13, 14 sind insbesondere parallel zueinander ausgebildet. Vorzugsweise sind die Keimvorgaben 7 als dünne, quaderförmige Plättchen ausgebildet. Sie weisen insbesondere eine Dicke in Richtung senkrecht zu den Keimschnittflächen 13, 14 von bis zu 5 cm auf. In Richtung parallel zu den Keimschnittflächen 13, 14 können sie Abmessungen von mindestens 10 cm, insbesondere mindestens 20 cm aufweisen. Die Keimschnittflächen 13, 14 weisen insbesondere Abmessungen auf, welche im Wesentlichen jeweils einem ganzzahligen Vielfachen der Seitenlängen herzustellender Wafer entspricht.
-
Die obere axiale Keimschnittfläche 13 wird von vier oberen Schnittkanten 15 begrenzt. Die untere axiale Keimschnittfläche 14 wird von vier unteren Schnittkanten 16 begrenzt.
-
Die Keimvorgaben 7 weisen außerdem seitliche Schnittflächen 18 auf. Diese sind insbesondere senkrecht zu den axialen Keimschnittflächen 13, 14 ausgerichtet. Sie sind insbesondere senkrecht zum Boden 5 des Behälters 2 angeordnet.
-
Die Keimvorgaben 7 sind jeweils durch Keimstöße 9 voneinander getrennt. Die Keimstöße 9 sind insbesondere geradlinig ausgebildet.
-
Die Keimvorgaben 7 weisen in Richtung senkrecht zur Längsrichtung 4 einen rechteckigen, insbesondere einen quadratischen Querschnitt auf.
-
Der Boden 5 des Behälters 2 ist abgesehen von den Keimstößen 9 und gegebenenfalls einem Randspalt 12 vorzugsweise flächendeckend mit Keimvorgaben 7 abgedeckt. Hierzu sind beispielsweise 3 × 3, 4 × 4, 5 × 5 oder 6 × 6 Keimvorgaben 7 vorgesehen. Es sind insbesondere 5 × 5 Keimvorgaben 7 mit quadratischen Querschnitten vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, 1 × 5 Keimvorgaben 7 mit einem rechteckigen, streifenförmigen Querschnitt zur Anordnung auf dem Boden 5 der Behälter 2 zu verwenden. Hierbei entspricht die längere Seite der Keimvorgabe 7 vorzugsweise gerade der Ausdehnung des Bodens 5 senkrecht zur Längsrichtung 4 parallel zur Seitenwand 6. Eine andere Anzahl und/oder Anordnung der Keimvorgaben 7 ist ebenso möglich.
-
Die Keimvorgaben 7 weisen vorzugsweise in Richtung senkrecht zur Längsrichtung 4 eine Breite B auf, welche gerade einem ganzzahligen Vielfachen einer Breite später aus dem Silizium-Ingot zu sägenden Säulen, gegebenenfalls vermehrt um entsprechende Säge-Zwischenräume, entspricht. Die Breite B der Keimvorgaben 7 kann insbesondere im Wesentlichen gerade der späteren Säulenbreite entsprechen. Hierunter sei verstanden, dass sie um maximal 10%, insbesondere maximal 5%, von der Breite der später aus dem Silizium-Ingot zu sägenden Säulen abweicht. Entsprechend können die Randspalte 12 in Richtung senkrecht zur Längsrichtung 4 Abmessungen aufweisen, welche einer Dicke der zu entfernenden Seitenschwarten entspricht.
-
Nach der Anordnung der Keimvorgaben 7 am Boden 5 des Behälters 2 wird die Silizium-Schmelze 3 im Behälter 2 bereitgestellt. Hierzu kann stückiges Silizium im Behälter 2 angeordnet und aufgeschmolzen werden. Es ist ebenso möglich, Silizium in einem separaten Behälter aufzuschmelzen und in flüssiger Form, d. h. als Silizium-Schmelze 3, in den Behälter 2 einzufüllen.
-
Bei beiden Alternativen wird durch eine entsprechende Temperaturführung sichergestellt, dass die Keimvorgaben 7 lediglich anschmelzen, d. h. teilweise aufschmelzen, jedoch nicht vollständig aufschmelzen. Die Keimvorgaben 7 werden in Längsrichtung 4 insbesondere zu höchstens 70%, insbesondere zu höchstens 50%, insbesondere zu höchstens 30% aufgeschmolzen.
-
Anschließend wird die Silizium-Schmelze
3 gerichtet erstarrt. Für Details des Aufschmelzens des Siliziums und des Erstarrens der Silizium-Schmelze
3 sei auf die
DE 10 2005 013 410 B4 verwiesen.
-
Nach Erstarren der Silizium-Schmelze 3 zum Silizium-Ingot wird dieser mit Schnitten parallel zur Längsrichtung 4 zu Säulen zersägt. Hierbei fallen Seitenschwarten in Verlängerung der Randspalte 12 als Abfall an. Außerdem wird ein Boden und eine Kappe des Silizium-Ingots durch Schnitte senkrecht zur Längsrichtung 4 als Abfall entfernt. Der Silizium-Ingot wird insbesondere derart zersägt, dass die Sägeschnitte sich gerade in Verlängerung eines Keimstoßes 9 in Längsrichtung 4 befinden. Hierdurch wird der Sägeverlust an Silizium hoher Qualität verringert.
-
Im Folgenden werden unterschiedliche vorteilhafte Anordnungen der Keimvorgaben anhand der Figuren beschrieben.
-
In 2 ist eine übliche Anordnung der Keimvorgaben 7 mit axialer <110>-Orientierung dargestellt. Um die Ausrichtung der Keimvorgaben 7 bezüglich ihrer lateralen Orientierung, das heißt bezüglich einer Drehung um eine Achse parallel zur Längsrichtung 4 zu kennzeichnen, ist in den 2 bis 9 die Richtung der lateralen <110>-Orientierung 17 als Doppelpfeil dargestellt.
-
Bei der in 2 dargestellten Anordnung der Keimvorgaben 7 weist eine {111}-Netzebene eine Schnittgerade 19 mit einer horizontal, das heißt parallel zum Boden 5 und damit parallel zur oberen axialen Keimschnittfläche 13 verlaufenden Ebene auf. Die Schnittgerade 19 verläuft parallel zu zwei gegenüberliegenden oberen Schnittkanten 15 der Keimvorgabe 7. Sie ist bei der in 2 dargestellten Anordnung der Keimvorgaben 7 jeweils parallel zur rechten und linken Seitenwand 6 des Behälters 2. Die Projektion einer entsprechende <111>-Netzebenennormale 21 (vgl. 10) in eine Horizontalebene steht somit senkrecht auf der rechten und linken oberen Schnittkante 15 bzw. der Seitenwand 6 des Behälters. Dies führt zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit einer Zwillingsbildung, wobei die Zwillinge parallel zur Projektion 20 der <111>-Netzebenennormalen auf eine Horizontalebene, parallel zur {111}-Netzebene, in den Silizium-Ingot hineinwachsen können.
-
Allgemein schließt die <111>-Netzebenennormale 21 einen Winkel δ mit den seitlichen Schnittflächen 18 bzw. der Seitenwand 6 ein. Der Winkel δ hängt von der axialen Orientierung der Keimvorgaben 7 ab. Je kleiner dieser Winkel ist, desto weiter erstreckt sich das Zwillingswachstum entlang der {111}Netzebene Richtung Ingot-Zentrum.
-
Allgemein schließt die Projektion 20 der <111>-Netzebenennormale in eine Horizontalebene einen Winkel β mit den oberen Schnittkanten 15 bzw. der Seitenwand 6 bzw. deren Schnittgeraden mit der Horizontalebene ein. Steht die Projektion 20 der <111>Netzebenennormale senkrecht auf die obere Schnittkante 15 bzw. der Seitenwand 6 (β = 90°) ist die Wahrscheinlichkeit zur Zwillingsbildung am höchsten. Im parallelen Fall ist die Wahrscheinlichkeit am geringsten (β = 0°).
-
Bei Keimvorgaben 7 mit einer axialen <110>-Orientierung sind die {111}-Netzebenen parallel zur lateralen <110>-Orientierung 17 ausgerichtet. Entsprechend sind die Schnittgeraden 19 parallel zu der lateralen <110>-Orientierung ausgerichtet. Wie aus der 2 hervorgeht, ist die Summe der Länge der randseitig angeordneten Schnittkanten 15, welche parallel zu einer {111}-Netzebene verlaufen, bei dieser Anordnung gerade halb so groß wie die Summe der Länge sämtlicher randseitig angeordneter oberer Schnittkanten 15. Entsprechend ist die Summe der Länge der Umfangsabschnitte eines äußeren Umfangs der Gesamtheit aller Keimvorgaben 7 in einer horizontalen Ebene, in welchen die Projektion der <111>-Netzebenennormale in diese Horizontalebene senkrecht zur nächstliegenden Seitenwand 6 steht, gerade halb so groß wie die Gesamtlänge dieses äußeren Umfangs.
-
Diese Situation kann dadurch verbessert werden, dass einige der randseitig angeordneten Keimvorgaben 7, deren {111}-Netzebenen parallel zur obere Schnittkante 15 und parallel zur Seitenwand 6 verläuft, derart um 90° rotiert werden, dass die entsprechende {111}Netzebene senkrecht auf die obere Schnittkante 15 bzw. der Seitenwand 6 steht Durch eine Rotation eines Teils der randseitig angeordneten Keimvorgaben 7 um 90° kann die Lage der horizontalen Schnittgerade 19 der {111}-Netzebene mit der seitlichen Schnittfläche 18 der Keimvorgaben 7 in das Blockinnere verschoben werden. Die Summe der Länge der Umfangsabschnitte, in welchen die Projektion der <111>-Netzebenennormale in die Horizontalebene senkrecht zur nächstliegenden oberen Schnittkante 15, welche parallel zur Seitenwand 6 steht, kann durch eine derartige Rotation verringert werden. Bei der Anordnung gemäß 3 beträgt sie nur noch 12,5% der Gesamtlänge des Umfangs.
-
Allgemein werden die Keimvorgaben derart angeordnet, dass die Summe der Länge der Umfangsabschnitte, in welchen die Projektion der <111>-Netzebenennormale in die Horizontalebene senkrecht zur nächstliegenden oberen Schnittkante 15, welche parallel zur Seitenwand 6 steht, höchstens 25%, insbesondere höchstens 12,5%, insbesondere 0% der Gesamtlänge des Umfangs beträgt.
-
Vorzugsweise können die Keimvorgaben 7 derart angeordnet werden, dass das Verhältnis der Summe der Länge sämtlicher randseitig angeordneter oberer Schnittkanten 15, welche parallel zu einer {111}-Netzebene der jeweiligen Keimvorgabe 7 verlaufen, zur Summe der Länge sämtlicher randseitig angeordneter oberer Schnittkanten 15 höchstens 1:4, insbesondere höchstens 1:6, insbesondere höchstens 1:8 beträgt.
-
Bei dieser Anordnung existieren somit benachbarte Keimvorgaben 7, welche unterschiedliche laterale Orientierungen aufweisen. Insbesondere eine der Keimvorgaben 7, welche benachbart zu mindestens einer der Seitenwände 6 angeordnet sind, weist eine andere laterale Orientierung auf als mindestens eine der anderen Keimvorgaben 7.
-
Vorzugsweise weisen sämtliche Keimvorgaben 7 eine identische axiale Orientierung auf.
-
Das oben genannte Verhältnis kann weiter reduziert werden, in dem die Keimvorgaben 7, welche im Verbindungsbereich zweier Seitenwände 6 des Behälters 2, d. h. in den Ecken des Behälters 2 angeordnet werden, um 45° um eine parallel zur Längsrichtung 4 verlaufende Achse relativ zu den benachbarten Keimvorgaben 7 rotiert angeordnet werden (siehe 4). Hierbei schließt die laterale <110>-Richtung 17 einen Winkel von 45° mit den lateralen Seitenflächen 18 ein. Die laterale <110>-Richtung 17 schließt insbesondere einen Winkel von 45° mit den Seitenwänden 6 des Behälters 2 ein.
-
Als besonders vorteilhaft hat sich eine Anordnung der Keimvorgaben 7 erwiesen, bei welcher ihre laterale <110>-Orientierung mit sämtlichen ihrer Schnittkanten, insbesondere mit sämtlichen ihrer lateralen Seitenflächen 18, insbesondere mit sämtlichen Seitenwänden 6 des Behälters 2 einen Winkel von 45° einschließt (siehe 5). Allgemein kann der Winkel, den die laterale <110>-Orientierung mit den Schnittkanten 15 und/oder den Seitenwänden 6 einschließt, im Bereich von 15° bis 75° liegen.
-
Vorteilhaft ist eine Ausbildung der Keimvorgabe 7, bei welcher die oberen Schnittkanten 15 jeweils einen Winkel von mindestens 5°, insbesondere mindestens 10°, insbesondere mindestens 15°, insbesondere mindestens 30°, vorzugsweise von 45°, mit der Schnittgeraden 19 einschließen.
-
Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausbildung der Keimvorgabe 7, bei welcher die Projektion einer <111>-Netzebenennormale in eine Horizontalebene jeweils einen Winkel von höchstens 45°, insbesondere höchstens 30°, insbesondere höchstens 15°, insbesondere höchstens 10°, vorzugsweise von 0°, mit den lateralen Seitenflächen 18 der jeweiligen Keimvorgabe 7, insbesondere mit äußeren, umseitigen Keimkanten einschließen.
-
Vorteilhafterweise weisen sämtliche Keimvorgaben 7 eine identische laterale <110>-Orientierung 17 auf.
-
In 6 ist die übliche Anordnung von Keimvorgaben 7 mit axialer <100>-Orientierung und der Verlauf deren lateraler <110>-Orientierung 17 dargestellt. Bei dieser Anordnung kann es im gesamten Randbereich zu einer Zwillingsbildung mit einer auf eine Horizontalebene projizierte Wachstumsrichtung kommen.
-
Um dies zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Keimvorgaben 7, wie in 7 dargestellt, derart auszubilden, dass die lateralen <110>-Orientierungen 17 einen Winkel von 45° mit den Schnittkanten 15, 16, insbesondere mit den oberen Schnittkanten 15, insbesondere mit den Seitenwänden 6 einschließen. Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit einer Zwillingsbildung reduziert und im Falle ihrer Bildung die auf einer Horizontalebene projizierte Wachstumsrichtung derart ausgerichtet, dass die Zwillingsbildung weniger das Ingot-Zentrum beeinflusst.
-
Hierdurch wird die Gesamtlänge der Abschnitte des äußeren Umfangs der Gesamtheit aller Keimvorgaben 7, in welchen die Projektion 20 einer <111>-Netzebenennormale in eine Horizontalebene senkrecht zur nächstliegenden oberen Schnittkante 15, insbesondere zur nächstliegenden Seitenwand 6 verläuft, deutlich gemindert.
-
Auch im Falle von Keimvorgaben 7 mit einer axialen <111>-Orientierung ist es nicht besonders vorteilhaft, die Schnittkanten 15 parallel zur <110>-Richtung 17 auszurichten (siehe 8). Bei einer derartigen axialen Orientierung der Keimvorgaben 7 finden sich drei mögliche Wachstumsrichtungen für die unerwünschte Zwillingsbildung. Vorteilhaft ist bei Keimvorgaben 7 mit einer axialen <111>-Orientierung eine Ausbildung derselben derart, dass ihre laterale <110>-Orientierung 17 einen Winkel von 15° bzw. 75° mit einer der oberen Schnittkanten 15 bzw. mit den Seitenwänden 6 einschließt (siehe 9).
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wurde erkannt, dass sich eine Zwillingsbildung, insbesondere im Bereich des Randspalts 12 bzw. in einem sich an diesen in Längsrichtung 4 anschließenden Randbereich, durch Beeinflussung einer Phasengrenze 22 beeinflussen lässt. Bei der Kristallisation der Silizium-Schmelze 3 verlagert sich die Phasengrenze 22 in einer Wachstumsrichtung. Die Wachstumsrichtung ist insbesondere parallel zur Längsrichtung 4. Die Phasengrenze 22, das heißt deren Verlauf, lässt sich durch Steuerung eines Temperaturfeldes im Behälter 2 mittels einer Temperatur-Steuereinrichtung 23 beeinflussen. Die Temperatur-Steuereinrichtung 23 umfasst insbesondere eine Steuereinheit 24, mittels welcher sich eine Vielzahl von Temperatur-Steuerelementen 25 steuern lässt. Die Temperatur-Steuerelemente 25 sind insbesondere unabhängig voneinander steuerbar. Es handelt sich insbesondere um Heizelemente und/oder Kühlelemente. Sie sind insbesondere benachbart zu den Seitenwänden 6 des Behälters 2, vorzugsweise umlaufend um diesen, angeordnet. In 11 ist der Fall einer planaren Phasengrenze 22 dargestellt. Außerdem ist in 11 exemplarisch die Lage und Ausrichtung einer {111}-Facette 26 dargestellt. Als {111}-Facette 26 wird eine 2D-Projektion an der Phasengrenze 22 zu liegen kommende {111}-Netzebene bezeichnet. Die {111}-Facette 26 weist einen Richtungsvektor 27 auf, welcher mit der Phasengrenze 22 einen Winkel φ einschließt. Beim Richtungsvektor 27 handelt es sich um die <111>-Netzebenennormale. Die Wahrscheinlichkeit der Zwillingsbildung ist dann am geringsten, wenn der Winkel φ 90° beträgt, das heißt, dass die <111>-Netzebenennormalen an der Korngrenze zwischen dem vorwiegend monokristallinen Zentralbereich und dem multikristallinen Randbereich senkrecht auf der Phasengrenze steht.
-
Das Temperaturfeld im Behälter 2 wird insbesondere derart gesteuert, dass die Phasengrenze möglichst senkrecht zur <111>-Netzebenennormalen angeordnet ist. Die exakte Form der Phasengrenze hängt von der verwendeten axialen <111>-Orientierung der Keimvorgaben ab, da diese die absolute Position der {111}-Netzebenen bestimmt.
-
Das Temperaturfeld im Behälter 2 wird mittels der Temperatur-Steuereinrichtung 23 insbesondere derart gesteuert, dass sich eine konvexe Phasengrenze 22 einstellt (siehe 13). Das Temperaturfeld im Behälter 2 wird insbesondere derart gesteuert, dass der Winkel φ mehr als 55°, insbesondere mindestens 60°, insbesondere mindestens 65°, insbesondere mindestens 75° beträgt.
-
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn an der Facette möglichst keine Unterkühlung vorliegt. Der Grad der Unterkühlung kann durch den größten Abstand der Facette von der Phasengrenze charakterisiert werden. Dieser ist in den 11 bis 13 als ΔT gekennzeichnet.
-
Bei einer gegebenen Facette gilt, wie in den 11 bis 13 dargestellt: ΔTkonkav > ΔTplanar > ΔTkonvex. Weiterhin gilt ΔTφ=90° = 0.
-
Selbstverständlich ist die geeignete Anordnung der Keimvorgaben 7 insbesondere gemäß den 3 bis 5, 7 und 9 mit der Beeinflussung des Verlaufs der Phasengrenze 22 mittels der Temperatur-Steuereinrichtung 23 kombinierbar.
