DE102016201495B4

DE102016201495B4 - Tiegel mit einer Innenbeschichtung aus SiC als Diffusionsbarriere für Metalle sowie Verfahren zu dessen Herstellung, Verwendung und darin hergestellte Halbleiterkristalle

Info

Publication number: DE102016201495B4
Application number: DE102016201495.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Trempa; Stanislaus Schwanke; Christian Reimann; Friedrich Jochen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: DE102016201495A1

Abstract

Verfahren zur Beschichtung eines keramischen Tiegels, bei dema) eine Suspension enthaltend 20-90 Gew.-% eines Siliziumkarbid-Pulvers und 10-80 Gew.-% eines wässrigen oder organischen Suspensionsmittels hergestellt,b) die Suspension bei Temperaturen von 20 bis 100°C flächendeckend auf eine innere Bodenfläche und alle inneren Seitenflächen des Tiegels aufgetragen, wobei der Auftrag direkt und unmittelbar auf den Tiegel erfolgt, undc) der Tiegel einer Temperaturbehandlung unter Inertgas bei Temperaturen von 850 bis 950°C unterzogen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Tiegels, wobei die Beschichtung eine Diffusionsbarriere für Metallatome darstellt. Durch das Auftragen einer Beschichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, den metallischen Verunreinigungsgehalt der im Tiegel hergestellten Halbleiterkristalle zu minimieren. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf einen nach diesem Verfahren hergestellten Tiegel mit einer Innenbeschichtung sowie dessen Anwendungsgebiete. Die in dem Tiegel hergestellten Halbleiterkristalle sind von besonders hoher Qualität und Reinheit, da die Gesamtkontamination im Kristallvolumen reduziert sowie die sehr stark kontaminierten Randbereiche verkleinert sind. In dieser Weise hergestellte Siliziumblöcke sind vor allem für die Photovoltaikindustrie von großem Interesse.
Solarzellen werden bekanntlich aus Halbleitermaterialien, bevorzugt aus Silizium, hergestellt. Für den Wirkungsgrad der Solarzelle ist dabei die Qualität des Ausgangsmaterials entscheidend. Das zur Herstellung verwendete Halbleitermaterial kann dabei entweder eine einkristalline, quasi-einkristalline oder multikristalline Kristallstruktur aufweisen.
Um beispielsweise multikristallines oder quasi-einkristallines Blocksilizium in hoher Reinheit bereitzustellen, wird Silizium in einen Quarzkeramiktiegel gefüllt, aufgeschmolzen und wieder erstarrt. Der Tiegel ist dabei herkömmlicherweise mit einer Si₃N₄-basierten Beschichtung ausgestattet, welche die Trennbarkeit des Siliziumblocks vom Tiegel ermöglicht und das sogenannte Sticking verhindert. Eine Diffusionsbarriere für Metallatome stellt die Si₃N₄-basierte Beschichtung aber nicht dar. Metalle aus dem Tiegelmaterial sowie der Si₃N₄-basierten Beschichtung, insbesondere Eisen, diffundieren während des Kristallisationsprozesses in das Siliziummaterial. So weisen vor allem die Randbereiche des Kristalls sehr hohe Metallkonzentrationen und demzufolge erheblich reduzierte Ladungsträgerlebensdauern auf. Diese Bereiche, die aufgrund der typischen Skalierung der Ladungsträgerlebensdauerkarten als sogenannte „Redzone“ bezeichnet werden, stehen in Folge dessen nicht mehr für die Solarzellenproduktion zur Verfügung und werden verworfen.
Um eine kostengünstigere Herstellung von Wafern zu gewährleisten, ist es demnach erforderlich, die Diffusion der Metalle in die Siliziumschmelze und den Siliziumkristall zu minimieren.
Ein Ansatz aus dem Stand der Technik ist in der DE 102011082628 A1 offenbart. Hier werden SiC-basierte Materialvorlagen auf dem Tiegelboden platziert, die den Metalleintrag in den Bodenbereich des Kristalls reduzieren. Ein Nachteil dieser Vorlagen ist jedoch, dass sie nicht an den seitlichen Tiegelinnenwänden angewendet werden können. Eine Si₃N₄-basierte Beschichtung der Tiegelinnenwand ist somit weiterhin notwendig.
In der US 20140186631 A1 wird vorgeschlagen, dass zur Verringerung der Kontamination Kristallkeime verwendet werden sollen, die eine diffusionshemmende Beschichtung aufweisen. Sie werden ebenfalls am Tiegelboden eingesetzt und können nicht auf die seitlichen Innenwände aufgetragen werden.
Eine flächendeckende Diffusionsbarriere wurde bisher nur in WO 2012025905 A1 , DE 102012019519 A1 und Hsieh (Hsieh, C.C.; Lan, A.; Hsu, C.; Lan, C.W.: Improvement of multi-crystalline silicon ingot growth by using diffusion barriers, Journal of Crystal Growth 401 (2014), S.727-731) beschrieben. Diese bestand in einer Tiegelinnenbeschichtung auf Basis von Polysilazanen, die direkt auf den Tiegel aufgebracht wurde. Nachteilig ist bei diesem Ansatz jedoch, dass die Entsorgung des Ausgangsmaterials aufwendig ist.
In Hsieh wird neben Polysilazan auch noch eine diffusionshemmende Schicht aus Bariumoxid vorgestellt. Obwohl dieser Schicht durchaus eine diffusionshemmende Wirkung zukommt, ergeben sich hier Probleme beim Trennverhalten der Schicht im Kontakt mit Tiegel und Kristall.
DE 12 41946 B beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzgefäßes mit Sinterüberzug für die Aufnahme von schmelzendem oder kristallisierendem Stoff.
Die DE 100 22 333 A1 beschreibt ein mit einem Siliziumkarbid beschichteten Graphitwerkstoff, der zur Verwendung für verschiedene Teile einer Vorrichtung zum Züchten von Einkristallen aus Silicium mit Hilfe des Czochralski-Ziehverfahren geeignet ist.
Auch aus dem angrenzenden Gebiet der Technik, der Herstellung anderer Halbleiterkristalle, sind keine Verfahren bekannt, mit denen Verunreinigungen der Randschicht durch Atome aus dem Tiegelmaterial effektiv vermieden werden können. Bei der Synthese von III-V Verbindungshalbleitern kommt es je nach Tiegelmaterial zu einem Eintrag von Silizium, Sauerstoff oder Bor in den entsprechenden Halbleiterkristall. Auch II-VI Verbindungshalbleiter oder Germaniumkristalle können nicht hochrein in Tiegeln hergestellt werden.
Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung eines Tiegels anzugeben, welches den Eintrag von Bestandteilen des Tiegelmaterials in den darin herstellbaren Halbleiterkristall effektiv verhindert, aber nicht die Nachteile der oben genannten Verfahren aus dem Stand der Technik aufweist. Das bedeutet insbesondere, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren auch auf die Seitenflächen des Tiegels anwenden lassen soll und dass eine Trennfähigkeit von Siliziumblock und Tiegel gewährleistet sein soll. Das Verfahren sollte neben diesen Voraussetzungen kostengünstig sein und keine hohen Anforderungen an die Entsorgung von Ausgangs- oder Zwischenprodukten stellen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Patentanspruch 6 betrifft einen entsprechend hergestellten Tiegel und Patentanspruch 12 zeigt die Verwendungen eines solchen Tiegels auf. Patentanspruch 13 bezieht sich auf den Halbleiterkristall, der in einem entsprechenden Tiegel hergestellt wird. Die jeweils abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung eines keramischen Tiegels wird

a) eine Suspension enthaltend 20-90 Gew.-% eines Siliziumkarbid-Pulvers und 10-80 Gew.-% eines wässrigen oder organischen Suspensionsmittels, insbesondere ausgewählt aus Wasser, Alkoholen, (z.B. Methanol, Ethanol, i-Propanol) oder Mischungen hiervon, hergestellt,
b) die Suspension bei Temperaturen von 20 bis 100°C flächendeckend auf eine innere Bodenfläche und alle inneren Seitenflächen des Tiegels aufgetragen, wobei der Auftrag direkt und unmittelbar auf den Tiegel erfolgt, so dass der dadurch hergestellte Tiegel keine zusätzliche Trennschicht zwischen Beschichtung und Tiegelmaterial aufweist, und
c) der Tiegel einer Temperaturbehandlung unter Inertgas bei Temperaturen von 850 bis 950°C unterzogen wird.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform des Verfahrens wird als Siliziumkarbid-Pulver ein Siliziumkarbid-Pulver mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 25,0 bis 35,0 Gew.-%, bevorzugt von 29,0 bis 31,0 Gew.-%, und/oder einem Sauerstoffgehalt von maximal 2,0 Gew.-%, bevorzugt von maximal 1,5 Gew.-%, und/oder einem Eisengehalt von maximal 15,0 Gew.-ppm, bevorzugt von maximal 10,0 Gew.-ppm, und/oder einem Aluminiumgehalt von maximal 15 Gew.-ppm, bevorzugt von maximal 10,0 Gew.-ppm, verwendet.
Ferner ist bevorzugt, dass als Siliziumkarbid-Pulver ein Siliziumkarbid-Pulver mit einer Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße d90 von maximal 50 µm, bevorzugt von maximal 10 µm, besonders bevorzugt von maximal 1 µm, und/oder mit einer Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße d10 von maximal 0,7·d90, bevorzugt von maximal 0,4·d90, besonders bevorzugt von maximal 0,1·d90, verwendet wird, und/oder das Siliziumkarbid-Pulver eine spezifische BET-Oberfläche im Bereich von 2 bis 10 m²/g, bevorzugt von 4 bis 6 m²/g aufweist. Diese Parameter spielen eine Rolle bei dem Beschichtungsverfahren, da sie einen Einfluss auf das Sinterverhalten und die Dichte der resultierenden Beschichtung sowie auf die Haftfestigkeit zum Tiegel haben. Je feinkörniger das Pulver ist, desto besser sind die damit erzielten Beschichtungseigenschaften. Außerdem ist eine breite Partikelverteilung gegenüber einer schmalen Partikelverteilung bevorzugt.
In einer weiteren Variante des Verfahrens ist bevorzugt, dass die Suspension von 0,1 bis 30 Gew.-% Additive, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, elementarem Silizium, Dispergatoren und/oder Mischungen hiervon, enthält. Die Additive sind insbesondere dazu geeignet, die Partikelinteraktion, das Sinterverhalten, die Dichte und die Haftfestigkeit der Beschichtung zum Tiegel zu beeinflussen.
Zu den Dispergatoren zählen beispielsweise langkettige Polymere, die an der Oberfläche der Pulverpartikel adsorbiert werden.
Die Suspension wird vorzugsweise durch Sprühen, Pinseln, Streichen, Tauchen oder Kombinationen hiervon aufgetragen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Suspension ausschließlich durch Sprühen aufgetragen wird. Sie wird bevorzugt so aufgetragen, dass keine Risse entstehen, da diese einen makroskopischen Diffusionspfad eröffnen würden.
Der Vorteil einer Beschichtung gegenüber einer einfachen Bodenplatte besteht in der verminderten Rissbildungsgefahr im Kristall. Mit einer SiC-Platte, die am Tiegelboden platziert wird, verbindet sich ein darin hergestellter Halbleiterkistall. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehungskoeffizienten von Halbleiterkristalle und Bodenplatte kommt es zu Spannungen. Weder Kristall noch Platte haben aber genügend Freiheitsgerade, um diese Spannungen abzubauen und es entstehen Risse im Kristall und/oder der Platte.
Wenn man die Platte nun ersetzt durch eine Beschichtung, kann diese aufgrund ihrer Struktur die Spannungen abbauen und die Rissbildung wird verhindert.
Der erfindungsgemäße Tiegel mit einer Innenbeschichtung aus SiC als Diffusionsbarriere für Metalle, enthält oder besteht aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Bor, SiC, C, BN, pBN, Si₃N₄ und SiO₂ und Mischungen hiervon, und weist eine Schichtdicke der Innenbeschichtung im Bereich von 10 bis 3000 µm auf. Hierunter eignen sich SiO₂--Tiegel besonders für die Herstellung eines Siliziumkristalls und pBN-Tiegel besonders für die Herstellung von III-V Verbindungshalbleitern.
Erfindungsgemäß bedeckt die Innenbeschichtung alle blanken Oberflächen im Inneren des Tiegels, die bei der Herstellung eines Halbleiterkristalls mit der Halbleiterschmelze in Kontakt kommen. Die Innenbeschichtung wird auf alle inneren Oberfläche, das heißt auf der Boden- und den Seitenflächen, aufgetragen. Der Tiegel kann dabei eine runde oder rechteckige Bodenfläche aufweisen. Ferner kann die Bodenfläche auch gewölbt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform verringert die Innenbeschichtung des Tiegels die Diffusion von Eisen, Aluminium, Chrom oder Nickel von dem Tiegel in das sich im Inneren des Tiegels befindliche Halbleitermaterial. Dies ist insbesondere für die Herstellung von hochreinen Halbleiterkristallen, wie multikristallinen oder quasi-kristallinen Siliziumblöcken, von Bedeutung.
Ferner zeichnet sich der Tiegel vorzugsweise dadurch aus, dass die Schichtdicke der Innenbeschichtung im Bereich von 100 bis 1000 µm, insbesondere im Bereich von 300 bis 600 µm, liegt. Durch diese Abmessungen wird eine ausreichende Blockade gegen die Metalldiffusion bereitgestellt.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Innenbeschichtung des Tiegels eine quadratisch gemittelte Oberflächenrauigkeit Rq von maximal 50 µm, bevorzugt maximal 10 µm, aufweist. Dadurch ist die Oberfläche, die in Kontakt mit der Schmelze des im Tiegel hergestellten Halbleiterkristalls steht und eine Diffusion von Verunreinigungen aus der Schicht selbst in den im Kristall ermöglicht minimal.
Die Oberflächenrauigkeit Rq wird nach DIN EN ISO 13565 aus einem linienförmigen Profil der Schichtoberfläche berechnet. Das Profil kann dabei durch einen Oberflächenscan mit einem konfokalen Laserscanning-Mikroskop oder die Betrachtung eines Querschliffes mit dem Lichtmikroskop gewonnen werden.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Innenbeschichtung des Tiegels eine Porosität von maximal 20,0 %, bevorzugt von maximal 5,0 %, aufweist. Zur Ermittlung der Porosität wird im ersten Schritt die Masse der Innenbeschichtung über die Gewichtsdifferenz des Tiegels ohne und mit Innenbeschichtung bestimmt. Über die Beschichtungsfläche und die Dicke der Beschichtung wird zudem das Volumen der Innenschicht berechnet. Die daraus erhaltene Dichte der Innenbeschichtung (Masse/Volumen) wird in das Verhältnis zu der bekannten Dichte des eingesetzten Siliziumkarbidpulvers gesetzt. Anschließend wird die Porosität P der Innenbeschichtung gemäß dem Zusammenhang P= 1-(Dichte_Schicht/Dichte_SiC-_Pulver) bestimmt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Tiegels ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung eine Haftfestigkeit zwischen 0,5 und 5,0 MPa, bevorzugt zwischen 1,0 und 3,0 MPa, auf dem Tiegel aufweist. Eine Haftfestigkeit in diesem Bereich stellt sicher, dass sich die Beschichtung beim Befüllen mit dem Halbleitergrundmaterial nicht ablöst sowie der Kristall sich nach dem Kristallisationsprozess leicht vom Tiegel/Beschichtungssystem separieren lässt.
Die Haftfestigkeit wird dabei mit Hilfe eines Abreißversuches nach DIN EN ISO 4624 festgestellt.
Der Tiegel, welcher nach dem oben beschriebenen Verfahren beschichtet wurde, eignet sich insbesondere zur Verwendung in Verfahren der gerichteten Erstarrung, im Czochralski-Verfahren, in Bänderziehverfahren oder Kerfless-Verfahren zur Herstellung von hochreinen Si-, GaAs-, InP-, GaP-, CdZnTe-, Ge- oder SiGe-Kristallen respektive Wafern.
Ein Halbleiterkristall, der in diesem Tiegel hergestellt wird, ist dadurch charakterisiert, dass er eine Redzone über eine Länge von weniger als 3,0 cm, bevorzugt weniger als 1,0 cm, besonders bevorzugt weniger als 0,5 cm aufweist, wobei die Länge der Redzone orthogonal zur Bodenfläche des Halbleiterkristalls und orthogonal oder radial zu den Seitenflächen oder der Mantelfläche des Halbleiterkristalls gemessen wird und die Redzone eine Gesamtkonzentration an metallischen Verunreinigungsatomen von mindestens 10¹² at/cm³, besonders bevorzugt von mindestens 10¹⁴ at/cm³, insbesondere von mindestens 10¹⁶ at/cm³, enthält.
Bevorzugt ist die Redzone dadurch charakterisiert, dass sie interstitielle Eisenatome als metallische Verunreinigungsatome in einer Konzentration von mindestens 10¹¹ at/cm³, besonders bevorzugt von mindestens 10¹² at/cm³, insbesondere von mindestens 10¹³ at/cm³, enthält.
In einer weiteren bevorzugten Variante ist die Redzone dadurch gekennzeichnet, dass sie weitere Metallatome als metallische Verunreinigungsatome, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Titan, Cobalt und Mischungen hiervon, in einer Konzentration von je mindestens 10⁸ at/cm³, besonders bevorzugt von je mindestens 10¹⁰ at/cm³, insbesondere von je mindestens 10¹² at/cm³, enthält.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Effekte für die Qualität der in den erfindungsgemäßen Tiegeln hergestellten Halbleiterkristalle werden nachfolgend anhand der Figuren und des Beispiels näher beschrieben, ohne diese auf die hier dargestellten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

1 zeigt die Ergebnisse von Ladungsträgerlebensdauermessungen an einem Vertikalschnitt durch zwei Halbleiterkristalle, die in einem Standardtiegel bzw. in einem der erfindungsmäßen Tiegel hergestellt wurden.
2 zeigt ein Diagramm, in dem der Absolutwert der Ladungsträgerlebensdauer gegen den Abstand vom Kristallbodenaufgetragen ist.

Das erste schwarz/weiß-Mapping (1) in 1 zeigt die Ladungsträgerlebensdauerkarte eines erfindungsgemäß hergestellten Halbleiterkristalls, während das zweite Mapping (2) in 1 die entsprechende Messung für einen Referenzkristall, gezüchtet unter den identischen thermischen Bedingungen, jedoch ohne die erfindungsgemäße SiC-Beschichtung am Boden, zeigt.
In 2 ist die quantitative Auswertung der Übersichtsbilder aus 1 anhand von vertikalen Linescans durch das Probenzentrum dargestellt. Der Vergleich der Ergebnisse zeigt deutlich, dass die Ausprägung des Bereichs niedriger Lebensdauer (d.h. hohe Metallkontamination) am Kristallboden abgenommen hat. Quantitativ konnte die Boden-Redzone (hier definiert als Bereich mit einer Lebensdauer < 3 µs) von 28 mm auf 20 mm verkleinert werden, was einer Abnahme von 29% entspricht. Dies kann als Beweis für die diffusionshemmende Wirkung der eingesetzten SiC-Bodenschicht gelten. Zudem ist 2 zu entnehmen, dass sich der Maximalwert der Ladungsträgerlebensdauer im Zentrum der Kristalle leicht vergrößert hat. Dies wiederum ist auf ein im Vergleich zur Standard Si₃N₄-Beschichtung geringeres Erosionsverhalten der SiC-Tiegelinnenbeschichtung gegenüber der Siliziumschmelze zurückzuführen.
Beispiel
In einem ersten Ausführungsbeispiel wurde eine Suspension, bestehend aus 74 Gew.-% Siliziumkarbid-Pulver, demineralisiertem Wasser sowie einem Dispergator hergestellt und auf dem mit Si₃N₄ beschichteten Boden eines Labortiegels versprüht. Die Schichtdicke betrug ca. 1100 µm. Anschließend wurde der Tiegel mit 1100 g Si-Rohstoff befüllt und einem Kristallisationsprozess unterzogen.

Claims

Verfahren zur Beschichtung eines keramischen Tiegels, bei dem a) eine Suspension enthaltend 20-90 Gew.-% eines Siliziumkarbid-Pulvers und 10-80 Gew.-% eines wässrigen oder organischen Suspensionsmittels hergestellt, b) die Suspension bei Temperaturen von 20 bis 100°C flächendeckend auf eine innere Bodenfläche und alle inneren Seitenflächen des Tiegels aufgetragen, wobei der Auftrag direkt und unmittelbar auf den Tiegel erfolgt, und c) der Tiegel einer Temperaturbehandlung unter Inertgas bei Temperaturen von 850 bis 950°C unterzogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Siliziumkarbid-Pulver ein Siliziumkarbid-Pulver mit einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von 25,0 bis 35,0 Gew.-%, bevorzugt von 29,0 bis 31,0 Gew.-%, und/oder einem Sauerstoffgehalt von maximal 2,0 Gew. %, bevorzugt von maximal 1,5 Gew.-%, und/oder einem Eisengehalt von maximal 15,0 Gew.-ppm, bevorzugt von maximal 10,0 Gew.-ppm, und/oder einem Aluminiumgehalt von maximal 15 Gew.-ppm, bevorzugt von maximal 10,0 Gew.-ppm, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Siliziumkarbid-Pulver ein Siliziumkarbid-Pulver mit einer Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße d90 von maximal 50 µm, bevorzugt von maximal 10 µm, besonders bevorzugt von maximal 1 µm, und/oder einer Partikelgrößenverteilung mit einer mittleren Partikelgröße d10 von maximal 0,7·d90, bevorzugt von maximal 0,4·d90, besonders bevorzugt von maximal 0,1·d90, verwendet wird, und/oder ein Siliziumkarbid-Pulver mit einer spezifischen BET-Oberfläche im Bereich von 2 bis 10 m²/g, bevorzugt von 4 bis 6 m²/g, aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Suspension eine Suspension mit 0,1 bis 30 Gew.-% Additiven, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, elementarem Silizium, Dispergatoren und/oder Mischungen hiervon, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension durch Sprühen, Pinseln, Streichen, Tauchen oder Kombinationen hiervon aufgetragen wird.
Tiegel mit einer Innenbeschichtung aus SiC als Diffusionsbarriere für Metalle, wobei der Tiegel ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kohlenstoff, Silizium, Bor, SiC, BN, pBN, Si₃N₄ und SiO₂ und Mischungen hiervon enthält oder daraus besteht, die Schichtdicke der Innenbeschichtung im Bereich von 10 bis 3000 µm liegt und wobei der Tiegel keine zusätzliche Trennschicht zwischen Innenbeschichtung und Tiegelmaterial aufweist.
Tiegel nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung die Diffusion von Eisen, Aluminium, Chrom oder Nickel von dem Tiegel in das sich im Inneren des Tiegels befindliche Halbleitermaterial verringert.
Tiegel nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Innenbeschichtung im Bereich von 100 bis 1000 µm, bevorzugt von 300 bis 600 µm, liegt.
Tiegel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung eine quadratisch gemittelte Oberflächenrauigkeit Rq von maximal 50 um, bevorzugt maximal 10 µm, aufweist.
Tiegel nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung eine Porosität von maximal 20,0 %, bevorzugt von maximal 5,0 %, aufweist.
Tiegel nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbeschichtung auf dem Tiegel eine Haftfestigkeit zwischen 0,5 und 5,0 MPa, bevorzugt zwischen 1,0 und 3,0 MPa, aufweist.
Verwendung des Tiegels nach einem der Ansprüche 6 bis 11 in Verfahren der gerichteten Erstarrung, im Czochralski-Verfahren, in Bänderziehverfahren oder in Kerfless-Verfahren zur Herstellung von hochreinen Si-, GaAs-, InP-, GaP-, CdZnTe-, Ge- oder SiGe-Kristallen oder Wafern.
Halbleiterkristall hergestellt in einem Tiegel nach den Ansprüchen 6 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkristall eine Redzone eine Länge von weniger als 3,0 cm aufweist, wobei die Länge der Redzone orthogonal zur Bodenfläche des Halbleiterkristalls und orthogonal oder radial zu den Seitenflächen oder der Mantelfläche des Halbleiterkristalls gemessen wird und die Redzone eine Gesamtkonzentration an metallischen Verunreinigungsatomen von mindestens 10¹² at/cm³ enthält.
Halbleiterkristall nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die die Redzone eine Länge von weniger als 1,0 cm, bevorzugt weniger als 0,5 cm, aufweist und bevorzugt eine Gesamtkonzentration an metallischen Verunreinigungsatomen von mindestens 10¹⁴ at/cm³, insbesondere von mindestens 10¹⁶ at/cm³ enthält.
Halbleiterkristall nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Redzone interstitielle Eisenatome als metallische Verunreinigungsatome in einer Konzentration von mindestens 10¹¹ at/cm³, besonders bevorzugt von mindestens 10¹² at/cm³, insbesondere von mindestens 10¹³ at/cm³, enthält.
Halbleiterkristall nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Redzone weitere Metallatome als metallische Verunreinigungsatome, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Titan, Cobalt und Mischungen hiervon, in einer Konzentration von je mindestens 10⁸ at/cm³, besonders bevorzugt von je mindestens 10¹⁰ at/cm³, insbesondere von je mindestens 10¹² at/cm³, enthält.