DE102013103575A1

DE102013103575A1 - Verfahren (varianten) und vorrichtung für die herstellung von silizium-trägerplatten

Info

Publication number: DE102013103575A1
Application number: DE102013103575A
Authority: DE
Inventors: Vitaliy Vaisberg
Original assignee: Creative Innovations Inc
Current assignee: Creative Innovations Inc
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-10-24
Also published as: RU2013110603A; US20130277889A1; US8911659B2; US20140366582A1; US9573817B2; RU2532197C1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagen für das Siemens-Verfahren und ähnliche Prozesse, mit deren Hilfe über 70% des weltweiten Volumens des polykristallinen Siliziums für die elektronische Industrie und Solarenenergetik gewonnen wird. Gemäß der Erfindung wird eine Siliziumschmelze mit Sauerstoff legiert, mit dem Ziel, Sauerstoffkomplexe zu bilden, die es gestatten, den spezifischen Widerstand der gewonnenen Siliziumgrundlagen zu steuern. Gleichzeitig mit dem Legieren bildet sich auf der Siliziumschmelzeoberfläche ein Silizium-Dioxid-Film, der die Schmelzeoberflächenspannung erhöht und den Wachstumswinkel verkleinert. Die Siliziumgrundlagen werden durch einen Quarz-Formbildner geformt und durch das direkte Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit, z.B. in entionisiertes Wasser, und/oder durch Dämpfe der Kühlflüssigkeit abgekühlt. Der Reaktor braucht nicht hermetisch abgedichtet zu werden. Die Erfindung ermöglicht es, Siliziumgrundlagen mit einem regelbaren spezifischen Widerstand zu erhalten, die Stabilität und Geschwindigkeit des Grundlagengewinnungsprozesses zu steigern sowie die Kosten von extra-reinem polykristallinem Silizium und von Silizium für die Solarenergetik zu senken, das durch Siemens-Verfahren und ihm ähnlichen Prozessen gewonnen wird.

Description

1. Bereich der Technik
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Kristallzüchtung, insbesondere für die Herstellung von Silizium-Trägerplatten für das Siemens-Verfahren und ähnliche Prozesse. Letztere sind Hauptmethoden der Herstellung von hochreinem polykristallinem Silizium und von Silizium für Sonnenbatterien.
2. Stand der Technik
Im Siemens-Verfahren und in ihm ähnlichen Verfahren wird polykristallines Silizium für die elektronische Industrie und zur Herstellung von Sonnenbatterien durch Silizium-Abscheidung aus der Gasphase an Silizium-Festkörpergrundlagen, die auch Impfkristalle oder Trägerplatten genannt werden, gewonnen.
Gemäß der am 15.09.2011 veröffentlichen US-amerikanischen Patentanmeldung № 2011/0220283 A1 (Akimichi Nagaura u.a.) ist das Hauptverfahren für die Gewinnung von hochreinem polykristallinem Silizium (SEG-Si) das Siemens-Verfahren und die Monosilan-Methode, in denen der Ausgangsbestandteil – das Silan-Gas in einem Hochtemperaturreaktor zugeführt und das Polysilizium durch dessen Abscheidung aus der Gasphase an Silizium-Grundlagestäben gewonnen wird. Nach diesem Verfahren wird eine bedeutende Anzahl von Grundlagestäben im Reaktor platziert und vertikal in den auf der Reaktor-Unterplatte angeordneten Elektroden befestigt. Danach werden die Grundlagestäbe an deren oberen Teil mittels kurzer Segmente eben solcher Stäbe paarweise verbunden. Als Resultat erhalten die Grundlagestäbe ein П-förmiges Aussehen. П-förmige Grundlagen werden erhitzt und in Berührung mit dem Silan-Gas gebracht. Während der Silan-Gas-Spaltung setzt sich Silizium an den Grundlagen ab, indem es am Ende des Prozesses polykristalline Stäbe des hochreinen Siliziums bildet.
Die Silizium-Grundlagestäbe werden mittels Zerschneidens von polykristallinen Stäben hergestellt. Nach jedem Züchtungs- und Zerschneidenszyklus von polykristallinen Stäben werden die gewonnenen Grundlagestäbe immer kürzer und kürzer. Im Resultat müssen die recht langen Stäbe oft aus kürzeren Segmenten zusammengesetzt werden, indem sie z.B. mittels Schweißens verbunden werden (japanische Erfindungsanmeldung # S63-242339 und die USA-Erfindungsanmeldung 2011/0220283 A1).
Da der Durchmesser des Silizium-Grundlagestabes nicht groß ist und ca. 5 mm beträgt, ist die Anfangsfläche der Silizium-Abscheidung aus der Gas-Phase an den Grundlagen ebenfalls nicht groß. Deshalb ist im Prozess-Anfangsstadium seine Leistung auch niedrig. Außerdem verfügen die Silizium-Grundlagestäbe über einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand, ca. 1 kΩ-cm und höher. Solch einen Stab zu erhitzen, indem durch ihn elektrischer Strom durchgelassen wird, wenn der Prozess bei Raumtemperatur startet, ist schwer. Folglich, um die Reaktion der Silan-Gas-Spaltung zu starten, benötigen die Grundlagestäbe externe Vorerhitzung bis zur Temperatur, die deren spezifischen Widerstand senkt und deren weitere Erhitzung mittels Durchlassens des elektrischen Stroms zulässt. Für die Anfangserhitzung von Grundlagen sind spezielle durch eine Hochspannungsstromquelle gespeiste Erhitzer notwendig. Dabei wird ein bedeutender Teil der elektrischen Energie für die Durchführung dieses Behelfsprozesses aufgewendet, was die Kosten des Gesamtprozesses der Gewinnung des polykristallinen Siliziums erhöht.
Bekannt ist ein Verfahren, bei dem ein dünner Grundlagestab für das Siemens-Verfahren eingesetzt wird, der die Silizium-Grundlage ersetzt und solche Metalle enthält, wie Mo, W, Ta, Nb u.a., die eine hohe Rekristallisationstemperatur aufweisen ( US-Patent 7732012 B2 , veröffentlicht 08.06.2010). Bei der Gewinnung des hochreinen Siliziums (SEG-Si), muss allerdings der Mo, W, Ta, Nb u.a. aufweisende Kern der gewonnenen Polysilizium-Kristalle nach dem Abschluss des Abscheidungsprozesses entfernt werden. Außerdem verursacht das Vorhandensein dieser Metalle eine durch den Prozess der Metalldiffusion in das Silizium bedingte Verunreinigung des gewonnenen Siliziums.
3. Beschreibung
Die vorliegende Erfindung ist für die Lösung der oben dargestellten Probleme bestimmt. Kurze Grundlagestäbe erfordern Schweißarbeit, was zur Stab-Verunreinigung und Diskontinuität der elektrischen Leitfähigkeit entlang des Stabes führt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung von Stäben von praktisch unbegrenzter Länge, die drei Meter und mehr beträgt.
Der zu hohe Widerstand herkömmlicher Silizium-Grundlagestäbe bei Raumtemperaturen erfordert kostenaufwendige Systeme für ihr Vorerhitzen. Der Einsatz dünner Grundlagestäbe, die solche Metalle wie Mo, W, Ta, Nb u.a. enthalten, führt zur Verunreinigung des an ihnen abgeschiedenen polykristallinen Siliziums. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Grundlagestäbe von einem bedeutend niedrigeren spezifischen Widerstand bei Raumtemperaturen ohne Verunreinigung des Grundlagenmaterials zu gewinnen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, Grundlagestäbe von nicht nur zylindrischem Querschnitt zu erhalten, sondern auch Stäbe von abgeflachter Profilform und mit einer entwickelten Seitenfläche, wodurch die Effizienz des Siemens-Verfahrens sowie anderer ähnlicher Verfahren im Reaktionsanfangsstadium ohne Beeinträchtigung der Abscheidungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Im Gegensatz zu bereits bestehenden Technologien ermöglicht die vorliegende Erfindung nicht nur eine gruppenweise Herstellung von Grundlagestäben, sondern auch deren Gewinnung im halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Prozess zu realisieren. Außerdem ermöglicht die vorliegende Erfindung, die Geschwindigkeit und die Stabilität des Prozesses der Grundlagengewinnung durch Erhöhung des effektiven Wertes der Kapillarkonstante der Siliziumschmelze und Senkung des Stabwachstumswinkels, d.h. des Kopplungswinkels zwischen der flüssigen und festen Phase des wachsenden Grundlagekristalls θ (1b), zu erhöhen.
Die fehlende Notwendigkeit, Grundlagestäbe von einem hohen spezifischen Widerstand vorerhitzen und sie durch Schweißen verbinden zu müssen sowie eine wesentlich kostengünstigere Ausrüstung für das vorgeschlagene Verfahren neben der Möglichkeit der halbkontinuierlichen oder kontinuierlichen Gewinnung von Silizium-Grundlagen ermöglicht es, die Produktionskosten von hochreinem Silizium sowie von Silizium für Sonnenbatterien wesentlich herabzusetzen.
Die Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagestäben für das Siemens-Verfahren und andere ähnliche Verfahren vor, in dem ein technologischer Reaktor eingesetzt wird, der nachspeisendes Rohsilizium, einen Formbildner mit einer Öffnung, einen eine Siliziumschmelzesäule über dem Formbildner gewährleistenden Induktionserhitzer sowie einen von unten in die Öffnung des Formbildners angefahrenen Siliziumzüchtkeim enthält, wobei im technologischen Reaktor eine sauerstoffhaltige Atmosphäre geschaffen wird, und die Bildung eines Silizium-Dioxid-Films auf der Schmelzeoberfläche gewährleistet wird.
Der Silizium-Dioxid-Film bildet sich bevorzugt auf der Oberfläche infolge der Diffusion des Sauerstoffs aus der sauerstoffhaltigen Atmosphäre in die Schmelze und der Reaktion des zerschmolzenen Siliziums mit dem Sauerstoff. Die Siliziumgrundlage formt sich bevorzugt aus der Schmelze am Siliziumzüchtkeim in Richtung der Schwerkraft. Die Nachspeisung erfolgt bevorzugt durch die Zufuhr des Rohsiliziums von oben zum Formbildner und die Schmelze entsteht infolge der Induktionserhitzung. Die Siliziumgrundlage wird bevorzugt durch direktes Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit und/oder durch Dämpfe einer Kühlflüssigkeit im Kühlbereich der Siliziumgrundlage im Gasmedium abgekühlt. Als Kühlflüssigkeit tritt bevorzugt entionisiertes Wasser auf. Die Siliziumgrundlagen werden bevorzugt mit einem abgeflachten Profil und mit einer vergrößerten seitlichen Oberfläche hergestellt. Ihre Form wird durch eine gleichmäßig zunehmende Stärke der Siliziumgrundlage vom Zentrum aus zu ihren Außenrändern gekennzeichnet. Das Verhältnis zwischen der Stärke des Mittelteils der Grundlage, der Stärke an den Rändern und der Grundlagenbreite beträgt (1–2,5):5:(10–30). Der Druck der oberhalb des Formbildners befindlichen Schmelze auf den unterhalb des Formbildners angeordneten Schmelzbereich des Siliziumzüchtkeims, die Schmelzesäulenform und -höhe über dem Formbildner sowie die Temperatur des Züchtungsprozesses werden bevorzugt durch einen am Formbildner angeordneten Ring stabilisiert, dessen Durchmesser dem Querschnitt des Rohsiliziums nah ist, zu ihm koaxial angeordnet ist und aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Stoff hergestellt wird. Der Ring wird bevorzugt aus Quarz hergestellt. Die Ringhöhe beträgt bevorzugt von 0,5 bis 0,95 der Höhe der Schmelzesäule oberhalb des Formbildners. Bevorzugt wird nach der Gewinnung der Siliziumgrundlagen von notwendiger Länge ihnen durch eine plastische Deformation eine П-Form verliehen. Bevorzugt werden vor dem Prozess der plastischen Deformation (Biegen) die Siliziumgrundlagen über deren ganzen Länge oder entlang des Biegungsbereichs bis 950–1200 °C erhitzt. Die Siliziumgrundlagen werden bevorzugt im Laufe von 3–40 Minuten einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von 300–500 °C unterzogen, um ihren spezifischen Widerstand im kontrollierten Modus zu senken. Die Stärke des sich auf der Schmelzoberfläche bildenden Silizium-Dioxid-Films beträgt bevorzugt von 3 bis 60–80 Mikrometern. Die Stärke des sich auf der Schmelzoberfläche bildenden Silizium-Dioxid-Films beträgt bevorzugt von 25 bis 60 Mikrometern.
Die Erfindung stellt ein Herstellungsverfahren von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagestäben für das Siemens-Verfahren und andere ähnliche Verfahren vor, in dem ein technologischer Reaktor eingesetzt wird, der nachspeisendes Rohsilizium, einen Formbildner mit einer Öffnung, einen Induktionserhitzer, der eine Siliziumschmelzesäule über dem Formbildner gewährleistet, sowie einen von unten in die Öffnung des Formbildners angefahrenen Siliziumzüchtkeim aufweist; dabei erfolgt die Abkühlung von Siliziumgrundlagen in einer Wanne mit Flüssigkeit. Die Abkühlung erfolgt bevorzugt durch Eintauchen in entionisiertes Wasser.
Außerdem stellt die Erfindung eine Vorrichtung für die Herstellung von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagen für das Siemens-Verfahren und andere ähnliche Verfahren vor. Die Vorrichtung weist einen technologischen Reaktor mit sauerstoffhaltiger Atmosphäre auf, einen aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Stoff hergestellten Formbildner mit einer Öffnung, einen Siliziumzüchtkeim, der in die Öffnung des Formbildners angefahren wird und den Schmelzbereich unter der Öffnung des Formbildners hat, und das mit dem Schmelzbereich des Siliziumzüchtkeims kontaktierende nachspeisende Rohsilizium mit der Siliziumschmelzesäule über dem Formbildner. Zusätzlich verfügt die Vorrichtung bevorzugt über eine unterhalb des Formbildners angeordnete Kühlungswanne. Die Kühlungswanne enthält bevorzugt entionisiertes Wasser. Zusätzlich verfügt die Vorrichtung bevorzugt über einen auf dem Formbildner angeordneten Ring, der einen mit dem Querschnitt des Rohsiliziums identischen Querschnitt aufweist, zu ihm koaxial angeordnet ist und aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Stoff hergestellt ist. Die Ringhöhe beträgt bevorzugt von 0,5 bis 0,95 der vorgegebenen Höhe der Schmelzesäule über dem Formbildner. Das Verhältnis der Höhe des Siliziumzüchtkeim-Schmelzbereiches zum Radius der formbildenden Öffnung beträgt bevorzugt von 0,6 bis 2,4. Die Minimalhöhe des Siliziumzüchtkeim-Schmelzbereiches beträgt bevorzugt 1 mm. Die Vorrichtung weist bevorzugt einen über dem Formbildner angeordneten Induktionserhitzer auf. Die Vorrichtung weist bevorzugt einen Formbildner mit mehreren Öffnungen sowie mit ihnen korrespondierende Siliziumzüchtkeime auf, wo das Verhältnis des Abstandes zwischen den Zentren der benachbarten Öffnungen des Formbildners zu deren Radius mindestens gleich 4,0 ist. Die Vorrichtung weist bevorzugt zusätzlich ein sekundäres Induktionselement auf, das eine der Form der herzustellenden Siliziumgrundlage entsprechende Öffnung aufweist und bis 900–1100˚C erhitzt wird. Das sekundäre Induktionselement ist bevorzugt unterhalb des Formbildners, koaxial mit der Formbildneröffnung angeordnet.
Die Erfindung gewährleistet nicht nur die Herstellung längerer Siliziumgrundlagen, sondern auch eine bessere Kontrolle nach solchen Parametern der Grundlagen, wie dem spezifischen Widerstand. Viele andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit Patentzeichnungen offensichtlich.
4. Kurzbeschreibung von Zeichnungen
In 1 (a, b) wird schematisch der Züchtungsprozess von Siliziumgrundlagen dargestellt.
1(а): 1 – nachspeisendes Rohsilizium; 2 – Silizium-Schmelzesäule; 3 – Induktionserhitzer; 4 – Formbildner; 5 – Öffnung des Formbildners; 6 – Schmelzbereich des Siliziumzüchtkeims; 7 – Kristallisationsfront; 8 – der untere Rand der «leuchtenden» Zone der Siliziumgrundlage; 9 – Siliziumgrundlage; 10 – Kühlflüssigkeit, z.B. entionisiertes Wasser; 11 – Kühlungswanne, 12 – Auszugsmechanismus der Siliziumgrundlage; 13 – Silizium-Dioxid-Film.
1(b): Rf – Radius der Formbildneröffnung; H – Höhe des Schmelzbereiches des Siliziumzüchtkeims; h – «Leuchtzone» der Siliziumgrundlage; L – Abstand vom unteren Rand des Formbildners bis zur Oberfläche der Kühlflüssigkeit; R – Radius der Siliziumgrundlage; θ – Kopplungswinkel zwischen der flüssigen und festen Phase des wachsenden Siliziumgrundlage-Kristalls; 14 – Abkühlungsbereich der Siliziumgrundlage im Gasmedium des technologischen Reaktors; 15 – Abkühlungsbereich der Siliziumgrundlage in der Kühlflüssigkeit.
In 2 wird der Querschnitt der Siliziumgrundlage mit abgeflachten Profil und einer vergrößerten Seitenfläche dargestellt, wo Hr – Grundlagenstärke an den Rändern, hr – Grundlagenstärke in der Mitte, Lr – Grundlagenbreite ist.
In 3(a) wird eine mögliche Form der Seitenfläche der Schmelzesäule 2 ohne Einsatz des Stabilisierungsringes dargestellt.
In 3(b) wird eine mögliche Form der Seitenfläche der Schmelzesäule 2 mit dem Stabilisierungsring 16 dargestellt.
In 4 wird die Gruppenzüchtung von Siliziumgrundlagen 9 dargestellt, wo Lf – Abstand zwischen den Achsen der benachbarten Öffnungen des Formbildners, Rf – Radius einer Öffnung des Formbildners ist.
In 5 wird die Abhängigkeit der Konzentration von Thermodonatoren von der Dauer der thermischen Behandlung von Siliziumgrundlagen bei der Temperatur 430 ºС unter verschiedener Sauerstoffkonzentrationen in den thermobehandelten Grundlagen dargestellt, wo No – Sauerstoffkonzentration in den Grundlagen unmittelbar nach dem Züchtungsprozess, NT.D – Konzentration von Thermodonatoren, t – Dauer der thermischen Behandlung.
In 6 wird eine nahtlose einstückige П-förmige Siliziumgrundlage, vorbereitet zur Installation in die Reaktionskammern des Siemens-Verfahrens und anderer ähnlicher Verfahren dargestellt, wo RB – Radius der П-förmigen Biegung der Langmaß-Siliziumgrundlage 9.
5. Umsetzen der Erfindung, Beschreibung bevorzugter Varianten
Die Siliziumschmelze wird im Reaktor mit Sauerstoff legiert mit dem Ziel, den spezifischen Widerstand der Siliziumgrundlage zu senken, die Oberflächenspannung zu erhöhen und den Wachstumswinkel zu verkleinern. Der reine Sauerstoff oder ein Sauerstoff-Edelgas-Gemisch, oder Sauerstoff, der ein Compound beinhaltet, wird dem Reaktor zugeführt. Wenn sich die Siliziumschmelze 2 (1а) bildet, bildet sich sofort auf deren Oberfläche auch der Silizium-Dioxid-Film 13. Der Silizium-Dioxid-Film 13 verändert die effektive Kapillar-Konstante der Schmelze und den Wachstumswinkel der Grundlage. Die Filmstärke ist umgekehrt proportional der Schmelzetemperatur und schwankt von wenigen Mikrometern bis zu 60–80 Mikrometern. Die Filmstärke soll sich bevorzugt auf dem Wert zwischen 15 und 80 Mikrometern stabilisieren. Der Gehalt des optisch aktiven Wasserstoffs in den Grundlagen beträgt (2.2–3.6) × 10¹⁸ cm^–3.
Der Molekularsauerstoff agiert im so genannten trockenen Oxidierungsprozess als Oxidiermittel (Si + O₂ → SiO₂). Wenn der wachsende Grundlagestab durch einen direkten Wasserkontakt gekühlt wird, kommt zum trockenen Oxidierungsprozess der feuchte Oxidierungsprozess hinzu (Si + 2H₂O → SiO₂+ 2H_2(g)). Nichtsdestoweniger dominiert der trockene Oxidierungsprozess in beiden Fällen nach wie vor. Die Filmstärke 13 ist umgekehrt proportional der Schmelzetemperatur und schwankt von wenigen Mikrometern bis zu 60–80 Mikrometern.
Der Silizium-Dioxid-Film isoliert die Schmelze von der umgebenden Atmosphäre. Da er ein guter Isolator ist (mit hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber dem elektrischen Überschlag), senkt der Film die Wahrscheinlichkeit des elektrischen Überschlags zwischen dem Induktionserhitzer und dem nachspeisenden Rohsilizium. Der Film behält seine Festigkeit im gesamten mit dem Prozess der Grundlagezüchtung verbundenen Temperaturbereich. Das verhindert die Bor-, Phosphor- und Arsen-Diffusion sowie schützt die Grundlage vor Verschmutzung. Der Film ist nicht wasserlöslich und kann beim Bedarf mittels Abbeizens leicht entfern werden, ohne dabei die Grundlageoberfläche zu beschädigen.
Das Wesentlichste besteht darin, dass das Vorhandensein des Hochtemperatur-Oxidationsfilms 13 zu einer bedeutenden Erhöhung der Kapillarkonstante der Siliziumschmelze und zur Verkleinerung des Wachstumswinkels der Grundlage führt. Wenn die Kapillarkonstante der Siliziumschmelze im Vakuum 28,2 mm² beträgt, steigt sie bei der Schmelzetemperatur um 1660 ºС infolge des Silizium-Dioxid-Films bis zu 45 mm², und bei der Schmelzetemperatur um 1480 ºС erreicht sie den Wert von 55 mm². Die Oberflächenspannung erreicht dabei den Wert von jeweils 1,1 und 1,4 J/m³. Die Änderung der Kontaktdauer der Siliziumschmelze 2 mit sauerstoffhaltiger Atmosphäre von 3 bis 10 Sekunden bei der Genauigkeitsgrenze des Experiments +0.5% führt zu keiner Änderung der Werte der Kapillarkonstante und dementsprechend der Werte der Oberflächenspannung. Es soll darauf hingewiesen werden, dass der Wert der Kapillarkonstante unter streng stationären Bedingungen gemessen werden soll, die in der Schmelze erst nach einer längeren Zeitspanne erreicht werden können, dennoch wird das Verhalten des Schmelzbereichmeniskus unterhalb des Formbildners während des realen Züchtungsprozess durch ihren experimentell ermittelten Wert exakt charakterisiert.
Bei der Vakuumzüchtung von Siliziumkristallen beträgt der Wachstumswinkel (Kopplungswinkel der flüssigen und der festen Phasen) 15º (Billiges Silizium für den Einsatz für Sonnenenergieumwandlung. Schwuttke, G. H., Ciszek T. F., Yang K. H. und andere / IBM J. Res., 1978, v.22, # 4, S. 335–345 / Low cost silicon for solar energy conversion applications / Schwuttke, G. H., Ciszek T. F., Yang K. H. and others/ IBM J. Res., 1978, v.22, # 4, p. 335–345). Die Sauerstofflegierung der Siliziumschmelze und Bildung eines Hochtemperatur-Silizium-Dioxid, s-Films führt zur Verkleinerung des Wachstumswinkel bis zum Wert 4,5–6,5º (bei einer Messgenauigkeit von +1º). Die beschriebenen Änderungen an den Schmelzeeigenschaften infolge deren Legierung mit Sauerstoff und der Bildung des Silizium-Dioxid-Films erlauben einen wesentlich größeren Wert der Maximalstärke des Schmelzbereichs 6 zu erreichen. Dadurch wird die Wachstumsstabilität der Siliziumgrundlage 9 und die Geschwindigkeit deren Ziehens vergrößert. Der Silizium-Dioxid-Film senkt bedeutend die Benetzbarkeit des Formbildners 4 mit der Schmelze 2 und gestattet auch, die Arbeitseffizienz der Kühlungswanne 11 durch den unmittelbaren Kontakt der zu kühlenden Grundlage mit der Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser, zu erhöhen, und die Wasserdampfbildung (soweit das entionisierte Wasser als Kühlflüssigkeit eingesetzt wird) erhöht den Wärmeabgabekoeffizient des Kristalls im Gasmedium oberhalb der Kühlungswanne 11, was seinerseits die Züchtungsgeschwindigkeit der Grundlage 9 zu erhöhen erlaubt (die Präsenz von 2–11 % der schwebenden Feuchtigkeit im Gasstrom erhöht den Wärmeabgabekoeffizient ums 1,5- bis 8-fache).
Der Prozess der Grundlagenzüchtung erfolgt zeitgleich mit dem Prozess der Silizium-Legierung mit Sauerstoff in demselben technologischen Reaktor (1а, b). Als Formbildner 4 wird die Quarzplatte mit einer Öffnung eingesetzt. Die Schmelzesäule oberhalb der Formbildner 2 erhält man durch das Aufschmelzen des Stirnteiles des nachspeisenden Rohsiliziums 1 mithilfe des Induktionserhitzers 3. Das nachspeisende Rohsilizium senkt sich nach unten je nach Schmelzeverbrauch. Das Einimpfen erfolgt mithilfe eines Segments einer früher gezüchteten Grundlage, indem es von unten in die Öffnung des Formbildners 5 eingeführt wird. Die zu züchtende Siliziumgrundlage 9 wird im Gasmedium des technologischen Reaktors durch den direkten Kontakt mit der Kühlflüssigkeit 10, z.B. dem entionisierten Wasser, innerhalb der unter des Formbildners 4 aufgestellten und koaxial zu der zu züchtenden Grundlage angeordneten Kühlungswanne 11 abgekühlt. Die Wanne 11, die ihre Aufstellungshöhe in Bezug auf den Formbildner 4 verändern kann, hat im Innenteil Öffnungen sowie einen Boden (z.B. aus Quarztextil) mit einer Öffnung, deren Durchmesser zum Durchmesser der zu züchtenden Grundlage gleich ist. Mit ihrem Wachstum schiebt sich die Grundlage über die Grenzen des technologischen Bereichs hinaus und kann beim Erreichen einer beliebigen vorgegebenen Länge unterhalb des Auszugsmechanismus 12 ohne Prozessunterbrechung abgeschnitten werden. Dabei wird der Prozess jeweils nach halbkontinuierlichem oder kontinuierlichem Verfahren fortgesetzt.
Die Züchtung erfolgt in Richtung der Schwerkraft. Den wesentlichsten Einfluss auf den Züchtungsprozess üben der Abstand zwischen dem Formbildner und dem Niveau der Kühlflüssigkeit L, der Wärmeabgabekoeffizient im Reaktorgasmedium, d.h. der Abkühlungsgrad des wachsenden Grundlagekristalls im Gasmedium des technologischen Reaktors, der Wärmeabgabekoeffizient in der Flüssigkeit sowie die Schmelzetemperatur im Formbildner aus. Verfahrenstechnische Parameter der Züchtung: Schmelzetemperatur – 1480–1750 °С, Kühlflüssigkeitsverbrauch 25–50 l/h, Sauerstoffverbrauch 0,25–0,5 m³/h, Durchmesser der gewonnenen Siliziumgrundlagen von 4 bis 12 mm, die Züchtungsgeschwindigkeit einer einzelnen zylinderförmigen Grundlage beträgt 40–120 mm/Min. Der technologische Reaktor ist nicht hermetisch abgedichtet.
Als eines der Kriterien der Stabilität des Kristallzüchtungsprozesses wird die maximale erreichbare Höhe des Schmelzbereichs des Züchtkeims unterhalb des Formbildners H_MAX angenommen. Der größere H_MAX-Wert gestattet, die Kristallisationsfront auf einer genügenden Entfernung von den kritischen Außenwerten einzustellen und zu halten. Bei einer Höhe des Züchtkeim-Schmelzbereichs von weniger als 1 mm erfolgt das Grundlagewachstum unter beengten Bedingungen, die zur Bildung von Oberflächendefekten sowie zum Anhaften ("Anfrieren") der Schmelze an den Formbildner und zur Wachstumsunterbrechung führen. Wenn die Höhe des Schmelzbereichs den Wert H_MAX übersteigt, reißt die Grundlage von der Schmelze ab und der Züchtungsprozess hört auf. Das Verhältnis des maximal zulässigen Wertes der Höhe des Züchtkeimschmelzbereichs zum Radius der Formbildneröffnung beträgt 0,6–2.4. Dasselbe Verhältnis des maximal zulässigen Wertes der Höhe des Züchtkeimschmelzbereichs zum Radius der Formbildneröffnung gestattet es, die erforderlichen technischen Parameter des Züchtungsprozesses von Grundlagen mit dem vorgegebenen Durchmesser und mit der vorgegebenen Züchtungsgeschwindigkeit zu errechnen.
Gleichzeitige Züchtung mehrerer Grundlagen erhöht die Effizienz von deren Gewinnungsprozess. Dabei sinken die Rohstoff-, elektrischen Energie- und Hilfsmaterialverbrauchsnormen. Bei gleichzeitiger Züchtung mehrerer querschnittgleichen Grundlagen ist es notwendig, ihnen die gleichen wärmetechnischen Züchtungsbedingungen zu gewährleisten. Je näher die Zentren von benachbarten Formbildneröffnungen zueinander liegen, eine desto größere Anzahl von Grundlagekristallen lässt sich gleichzeitig züchten. Allerdings steigt dabei die gegenseitige Abschirmung von Grundlagen, und es verschlechtern sich die Bedingungen für deren Abkühlung im Reaktor-Gasmedium und bei deren weiteren Annäherung – auch in der Kühlflüssigkeit, und letztendlich sinkt die Züchtungsgeschwindigkeit. Außerdem beginnt die Kristallisationsfront 7 der Grundlage von der senkrechten Lage abzuweichen, was zur Krümmung wachsender Grundlagen führt.
Beim Verhältnis der Abstände zwischen den Zentren der benachbarten Formbildneröffnungen zu den Radien dieser Öffnungen von nicht weniger als 4,0 kommt es zu keiner wesentlichen Änderung der Wärmeabgabekoeffizienten im Gasmedium des technologischen Bereichs sowie im Flüssigmedium der Kühlungswanne und es wird die gleichzeitige Züchtung von zwei, drei und vier nach ihren Eigenschaften identischen Grundlagen vom gleichen Schnitt erreicht. Alle Öffnungen 5 des Formbildners 4 und Öffnungen der Kühlungswanne 11 lagen in einer Linie.
Außer zylindrischen Grundlagen erlaubt die vorliegende Erfindung, die Grundlagen mit entwickelter Seitenfläche zu gewinnen, wodurch die Leistungsfähigkeit des Siemens-Verfahrens und der ihm ähnlichen Prozesse im Anfangsstadium der Reaktion ohne Verlangsamung der Wachstumsgeschwindigkeit gesteigert wird. Im japanischen Patent № 43-8359 , veröffentlicht am 30. März 1968, wird vorgeschlagen, die Grundlagen mit rechtwinkligem Querschnitt einzusetzen. Während der Erhitzung dieser Grundlagen mit Strom erwärmt sich der Mittelteil der Grundlage stärker, als die schmalen Kanten und die an ihnen anliegenden Abschnitte von breiten Kanten. Dies verkleinert den potenziellen Gewinn aus der vollständigen Ausnutzung der vergrößerten Abscheidungsfläche. Bei der Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Vorrichtung wurden Siliziumgrundlagen mit einer entwickelten Oberfläche vom unterschiedlichen Querschnitt gezüchtet und getestet. Die Grundlagen mit hantelförmigem Querschnitt weisen eine im Vergleich zu einer rechtwinkligen Grundlage höhere mechanische Festigkeit auf. Die zylinderförmigen Verdickungen an den Grundlagenenden gestatten es, die Erhitzungstemperatur und folglich auch die Geschwindigkeit der Siliziumabscheidung an der gesamten Fläche auszugleichen. Die Plasma-Starterhitzung erlaubt es, solche Grundlagen bis zur erforderlichen Temperatur aufzuwärmen. Von der anderen Seite, lassen diese Grundlagen keine elektrische Hochspannungs-Starterhitzung zu, die vom Standpunkt der Erhaltung der Reinheit des Grundlagenmaterials effektiver ist. Zum Zeitpunkt der Anfangserhitzung erwärmen sich die zylindrischen Teile an den Grundlagenenden stärker als der Mittelteil, und das sprunghafte Stärkegefälle an den Grundlagenrändern hemmt den Wärmeaustausch zwischen den zylinderförmigen Rändern und dem flachen Mittelteil der Grundlagen. Außerdem übersteigt die Wärmeabgabe des Mittelteiles in den Außenraum die der zylinderförmigen Teile. Der zu Stande kommende hohe seitliche Temperaturgradient führt in einer Reihe von Fällen zur Grundlagezerstörung. Es wurde festgestellt, dass vom Standpunkt der Widerstandsfähigkeit gegenüber elektrischer Hochspannungserhitzung und des Erlangens der mechanischen Festigkeit der Grundlagen sowie der Gleichmäßigkeit von deren flächendeckenden Erhitzung am besten die Grundlagen mit einer stetigen gleichmäßigen Stärkezunahme vom Zentrum hin zu den Rändern einzusetzen sind (2). Das Verhältnis zwischen der Grundlagenstärke im Mittelteil hr, deren Stärke an den Rändern Hr und der Grundlagenbreite Lr beträgt (1–2,5):5:(10–30). Beim Verhältnis hr zu Hr von mehr als 0,5 nähert sich die Form des Grundlagenquerschnitts einem Rechteck an, und beim Erhitzen wärmt sich ihr Mittelteil schneller, als die Ränder. Beim Verhältnis hr zu Hr von weniger als 0,2 kann der Wert des seitlichen Temperaturgradienten während der elektrischen Hochspannungserhitzung zur Grundlagezerstörung führen. Beim Verhältnis hr zu Lr von geringer als 10 ist der Gewinn in der Seitenflächezunahme im Vergleich zu zylinderförmigen Grundlagen nicht groß. Beim Verhältnis hr zu Lr von mehr als 30 nähert sich der Grundlagenquerschnitt wieder einem Rechteck an.
Der auf den Züchtungsprozess wesentlich einwirkende Wert des Schmelzedrucks oberhalb des Formbildners auf den Schmelzbereich des Züchtkeims unterhalb des Formbildners weist drei Komponenten auf: die statische, dynamische und die Laplacesche. Letztere entsteht durch die seitliche, durch die Oberflächenspannungskräfte hervorgerufene Kontraktion der Schmelzesäule oberhalb des Formbildners. Diese Komponente kann sich unkontrolliert infolge der Formänderung der Schmelzeseitenfläche oberhalb des Formbildners ändern (3а). Gleichzeitig ist auch die Höhe des summarischen Drucks auf den Schmelzbereich des Züchtkeims unkontrollierten Änderungen ausgesetzt. Die Formänderung der Schmelzeseitenfläche oberhalb des Formbildners ruft bei der konstanten Schmelzenhöhe eine Änderung des Schmelzevolumens und folglich unkontrollierte Änderungen der Schmelzetemperatur hervor.
Für die Form- und Volumenstabilisierung der Schmelze oberhalb des Formbildners wird ein Ring eingesetzt, der einen zum Querschnitt des Rohsiliziums identischen Querschnitt aufweist, zu ihm koaxial angeordnet ist und aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Stoff, z.B. aus Quarz, hergestellt ist. Die Ringhöhe beträgt 0,5–0,95 von der vorgegebenen Schmelzesäulenhöhe oberhalb des Formbildners. Die Siliziumschmelze soll das Ringvolumen zur Gänze ausfüllen. Gleichzeitig isoliert der Ring den Induktionserhitzer von der Schmelze. Bei einer Ringhöhe geringer als 0.5 von der vorgegebenen Schmelzesäulenhöhe oberhalb des Formbildners wird keine erforderliche Laplacesche Komponente des Drucks auf den Schmelzbereich des Züchtkeims erreicht. Bei einer Ringhöhe höher als 0,95 von der vorgegebenen Schmelzesäulenhöhe steigt die Wahrscheinlichkeit des "Anfrierens" der Schmelze an den oberen Ringrand.
Die Abkühlung wachsender Grundlagen erfolgt in zwei Bereichen: im gasförmigen Abkühlungsbereich des Reaktors und im flüssigen Abkühlungsbereich. Der Abkühlungsbereich im Gasmedium des Reaktors wird seinerseits in eine "leuchtende Zone", wo die Temperatur der Grundlage von 1412 ºС auf 650 + 30 ºС sinkt, und eine "dunkle Zone", wo die Temperatur von 650 + 30 ºС auf ca. 200 ºС sinkt, eingeteilt. Die hauptsächlichen Innenspannungen der Grundlage werden eben in der "leuchtenden Zone" angelegt. Um ihre Länge zu vergrößern und den Temperatur-Achsgradienten im Bereich der Grundlage unterhalb der Kristallisationsfront zu verkleinern, wird das durch die Induktion auf die Temperatur von 900–1100 ºС erhitzte sekundäre Induktionselement aus rostfreiem Stahl mit einer die Geometrie der gezüchteten Grundlage wiederholenden Öffnung eingesetzt. Das sekundäre Induktionselement wird unter dem unteren Rand des Formbildners, koaxial zu seiner Öffnung angeordnet. Der obere Rand des sekundären Induktionselements befindet sich ein Stück tiefer als die Kristallisationsfront, damit die Möglichkeit gegeben ist, die Kristallisationsfront zu beobachten. Die höchste Bieg- und Druckfestigkeit von gezüchteten Siliziumgrundlagen steigt dabei wesentlich und beträgt für die Grundlagen mit der stetig steigenden Stärke von der Mitte aus zu den Rändern bei deren Züchtungsgeschwindigkeit von 30 mm/min mehr als 350 MPa bzw. 270 MPa.
Das Verfahren und die Vorrichtung gestatten es, Grundlagen jeder gewünschten Länge herzustellen und Schweißarbeiten bei der Herstellung von П-förmigen Grundlagen zu vermeiden. Letztere können aus gemäß dem eingereichten Verfahren gezüchteten Langmaß-Grundlagen durch deren plastische Deformation angefertigt werden. Eine Langmaß-Grundlage wird zur plastischen Deformation vorbereitet, indem ihre gesamte Länge oder der Biegungsbereich auf die Temperatur 950–1200 ºС gebracht wird. Der Grundlage wird unter Anwendung einer Lehre vom erforderlichen Durchmesser RB (6) die П-Form verliehen. Dabei wird der RB-Wert so gewählt, dass 2 RB gleich dem erforderlichen Abstand zwischen den Grundlagehaltern im Reaktor des Siemens-Verfahrens oder eines ihm ähnlichen Verfahrens wäre. Die Grundlage kann bis zum plastischen Zustand unter Anwendung des elektrischen Stroms oder jedes anderen Verfahrens erhitzt werden, das die Grundlageoberfläche nicht verschmutzt.
Der im Silizium-Kristallgitter aufgelöste Sauerstoff übt auf die Leitfähigkeit des Siliziums keinen Einfluss aus, aber die thermische Bearbeitung von sauerstoffhaltigen Kristallen führt unter bestimmten Temperaturen zur Bildung von Silizium-Sauerstoff-Komplexen, von welchen ein Teil elektrisch aktiv ist (Helmreich D. Stirtl E. Oxigen in silicon: a modern view.-In: Semiconductor silicon, 1977, p. 625–635). Man unterscheidet drei Temperaturintervalle, in denen die Entstehung von elektrisch aktiven Zentren vor sich geht: 350–500 ºС, 600–800 ºС und 900–1000 ºС. Dabei ist die Entstehung von elektrisch aktiven Zentren im Intervall 350–500 ºС wesentlich höher, als in den beiden anderen. Die Änderung der Dauer der thermischen Bearbeitung gewonnener Grundlagen unter der Temperatur 350–500 ºС innerhalb der Zeitspanne von 3–40 Minuten erlaubt es, ihren spezifischen Widerstand kontrolliert zu senken. Die Erhöhung der Dauer der thermischen Bearbeitung auf länger als 40 Minuten ist unzweckmäßig, da die Konzentration von Thermodonatoren in ca. 40 Minuten der thermischen Bearbeitung die Sättigung erreicht (5).
In der Anmeldung sind das neue Verfahren und die Vorrichtung für die Herstellung von Silizium-Grundlagen beschrieben, des es erlauben, längere Grundlagen mit einzustellenden Parametern zu erzeugen, insbesondere mit einem regelbaren spezifischen Widerstand. Gleichzeitig gestattet die Erfindung, solche Grundlagen effizienter zu gewinnen. Es soll betont werden, dass die in den Patentansprüchen dargestellten Möglichkeiten der Erfindung nicht durch die in der Beschreibung angeführten konkreten Beispiele und Formulierungen einschränkt werden. Außerdem ist es offensichtlich, dass Fachleute auf diesem Gebiet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und Modifikationen dargestellter Varianten finden können, ohne vom Wesen der Erfindung zurückzutreten. Jede der vorgeschlagenen Varianten kann mit beliebigem Teil jeder anderen Variante kombiniert werden. Die unterschiedlichen geschilderten Strukturen und Prozesse können durch äquivalente Strukturen und Prozesse ersetzt werden. Einzelne Prozessoperationen können in einzelnen Fällen in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, und es können auch unterschiedliche Materialien und Elemente eingesetzt werden. Auf diese Weise umfasst die Erfindung den gesamten Prozess im Ganzen sowie jede der dargestellten Besonderheiten des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung von Siliziumgrundlagen, und ebenfalls umfasst sie deren jegliche Kombinationen und/oder praktische Anwendung auf dem betreffenden Gebiet der Technik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7732012 B2 [0006]
JP 43-8359 [0036]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Schwuttke, G. H., Ciszek T. F., Yang K. H. und andere / IBM J. Res., 1978, v.22, # 4, S. 335–345 [0030]
Low cost silicon for solar energy conversion applications / Schwuttke, G. H., Ciszek T. F., Yang K. H. [0030]
IBM J. Res., 1978, v.22, # 4, p. 335–345 [0030]
Helmreich D. Stirtl E. Oxigen in silicon: a modern view.-In: Semiconductor silicon, 1977, p. 625–635 [0041]

Claims

Verfahren zur Herstellung von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagen für das Siemens-Verfahren und ähnliche Prozesse, in dem ein technologischer Reaktor eingesetzt wird, der nachspeisendes Rohsilizium, einen Formbildner mit einer Öffnung, einen eine Siliziumschmelzesäule oberhalb des Formbildners gewährleistenden Induktionserhitzer sowie einen von unten in die Öffnung des Formbildners angefahrenen Siliziumzüchtkeim enthält, wobei im technologischen Reaktor eine sauerstoffhaltige Atmosphäre geschaffen wird, und die Bildung eines Silizium-Dioxid-Films auf der Schmelzeoberfläche gewährleistet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Siliziumschmelze mit dem Sauerstoff aus der sauerstoffhaltigen Atmosphäre legiert wird und sich ein Silizium-Dioxid-Film im Laufe der Reaktion zwischen der Siliziumschmelze und dem Sauerstoff bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Siliziumgrundlage sich aus der Schmelze am Siliziumzüchtkeim in Richtung der Schwerkraft formt.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Nachspeisung durch die Zufuhr des Rohsiliziums von oben zum Formbildner erfolgt und die Schmelze infolge der Induktionserhitzung entsteht.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Siliziumgrundlage durch direktes Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit und / oder durch Dämpfe einer Kühlflüssigkeit im Abkühlbereich des Gasmediums abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, in dem die Kühlflüssigkeit entionisiertes Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Siliziumgrundlage ein abgeflachtes Profil und eine vergrößerte seitliche Oberfläche aufweist und ihre Form durch eine gleichmäßig zunehmende Stärke der Siliziumgrundlage vom Zentrum aus zu ihren Außenrändern gekennzeichnet wird, wo das Verhältnis zwischen der Stärke des Mittelteils der Grundlage, der Stärke an den Rändern und der Grundlagenbreite (1–2,5):5:(10–30) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Schmelzedruck oberhalb des Formbildners auf den unterhalb des Formbildners befindlichen Schmelzbereich des Siliziumzüchtkeims, die Schmelzesäulenform und -höhe über dem Formbildner sowie die Temperatur des Züchtungsprozesses durch einen am Formbildner angeordneten Ring stabilisiert werden, der den Querschnitt des Rohsiliziums wiederholt, zum Querschnitt des Rohsiliziums koaxial angeordnet ist und aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Stoff hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, in dem der Ring aus Quarz hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Ringhöhe von 0,5 bis 0,95 der vorgegebenen Höhe der Schmelzesäule über dem Formbildner beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem den gewonnenen Siliziumgrundlagen eine П-Form verliehen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, in dem die Siliziumgrundlagen zur П-Form-Verleihung über deren ganzen Länge oder entlang des Biegungsbereichs bis 950–1200 °C erhitzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Siliziumgrundlagen zur kontrollierten Senkung ihres spezifischen Widerstands bei einer Temperatur von 300–500 °C im Laufe von 3–40 Minuten einer thermischen Behandlung unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Stärke des Silizium-Dioxid-Films von 3 bis 60–80 Mikrometern beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Stärke des Silizium-Dioxid-Films von 25 bis 60 Mikrometern beträgt.
Verfahren zur Herstellung von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagen für das Siemens-Verfahren und ähnliche Prozesse, in dem ein technologischer Reaktor eingesetzt wird, der nachspeisendes Rohsilizium, einen Formbildner mit einer Öffnung, einen eine Siliziumschmelzesäule oberhalb des Formbildners gewährleistenden Induktionserhitzer sowie einen von unten in die Öffnung des Formbildners angefahrenen Siliziumzüchtkeim enthält, wobei die Abkühlung von Siliziumgrundlagen in einer Wanne mit Flüssigkeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, in dem die Abkühlung von Siliziumgrundlagen mit entionisiertem Wasser erfolgt.
Vorrichtung zur Herstellung von hochreinen Langmaß-Siliziumgrundlagen für das Siemens-Verfahren und ähnliche Prozesse, die einen technologischen Reaktor mit sauerstoffhaltiger Atmosphäre, einen aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Material hergestellten Formbildner mit einer Öffnung, einen durch die Formbildneröffnung zugeführten und ihren Schmelzebereich unterhalb der Formbildneröffnung aufweisenden Siliziumzüchtkeim, und nachspeisendes Rohsilizium mit der Siliziumschmelzesäule oberhalb dem Formbildner, die mit dem Schmelzebereich des Siliziumzüchtkeims kontaktiert, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die zusätzlich eine unterhalb des Formbildners angeordnete Kühlungswanne aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Kühlungswanne entionisiertes Wasser enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die zusätzlich einen auf dem Formbildner angeordneten Ring aufweist, der einen mit dem Querschnitt des Rohsiliziums identischen Querschnitt hat und zu ihm koaxial angeordnet ist sowie aus einem gegenüber der sauerstoffhaltigen Atmosphäre chemisch resistenten Material hergestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Ringhöhe von 0,5 bis 0,95 der Höhe der vorgegebenen Schmelzesäule über dem Formbildner beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Verhältnis der Höhe des Siliziumzüchtkeim-Schmelzbereiches zum Radius der Formbildner-Öffnung von 0,6 bis 2,4 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei die Minimalhöhe des Siliziumzüchtkeim-Schmelzbereiches 1 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die einen über dem Formbildner angeordneten Induktionserhitzer aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die einen Formbildner mit mehreren Öffnungen sowie mit ihnen korrespondierende Siliziumzüchtkeime aufweist, wobei das Verhältnis des Abstandes zwischen den Zentren der benachbarten Öffnungen des Formbildners zu deren Radius mindestens gleich 4,0 beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, die zusätzlich ein sekundäres Induktionselement aufweist, das über eine der Form der herzustellenden Siliziumgrundlage entsprechende Öffnung verfügt und durch Induktion bis 900–1100˚C erhitzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei das sekundäre Induktionselement unterhalb des Formbildners und koaxial zur Formbildneröffnung angeordnet ist.