DE60310627T2

DE60310627T2 - Fliessfähige Späne, Verfahren und Vorrichtung zu ihrer Herstellung und ihrer Anwendung

Info

Publication number: DE60310627T2
Application number: DE60310627T
Authority: DE
Inventors: Arvid Neil Midland Arvidson; Terence Lee Frankenmuth Horstman; Michael John Midland Molnar; Chris Tim Auburn Schmidt; Roger Dale Jr. Midland Spencer
Original assignee: Hemlock Semiconductor Corp
Current assignee: Hemlock Semiconductor Operations LLC
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2023-02-07
Also published as: DE60310627D1; KR100916132B1; US20150090178A1; KR20090029775A; US20030159647A1; KR100916134B1; US9909231B2; US8926749B2; US8021483B2; EP1338682B1; KR20030069847A; EP1338682A2; EP1338682A3; US20110286906A1

Description

Die Erfindung betrifft fließfähige Späne und eine Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung und Verwendung von fließfähigen Spänen. Fließfähige Späne sind nützlich bei einem Verfahren zum Nachladen eines Schmelztiegels in einem Czochralski-Verfahren.
Die meisten Halbleiterchips, die in elektronischen Geräten verwendet werden, werden aus einem Siliciumeinkristall hergestellt, hergestellt durch ein Czochralski(CZ)-Verfahren. In dem CZ-Verfahren wird ein Siliciumeinkristallblock durch Schmelzen polykristallinen Siliciumquellmaterials in einem Schmelztiegel, Stabilisieren des Schmelztiegels und der Quellschmelze bei einer Gleichgewichtstemperatur, Eintauchen eines Impfkristalls in die Quellschmelze, Entfernen des Impfkristalls, wenn die Quellschmelze auf dem Impfkristall kristallisiert, um einen Einkristallblock zu bilden, und Ziehen des Blocks, wenn er wächst, hergestellt. Das Schmelzen tritt bei einer Temperatur von 1.420° C in einer Inertgasumgebung bei geringem Druck ein. Der Schmelztiegel wird kontinuierlich um eine im Wesentlichen vertikale Achse gedreht, wenn der Kristall wächst. Die Geschwindigkeit, mit der der Block aus der Quellschmelze gezogen wird, ist ausgewählt, um einen Block mit einem gewünschten Durchmesser zu bilden.
Das polykristalline Silicium kann präpariert werden unter Verwendung eines Wirbelschichtreaktorverfahrens, um Körnchen zu bilden. Alternativ kann das polykristalline Silicium hergestellt werden unter Verwendung eines chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-Verfahrens in einem Vakuum- bzw. Rezipientenglockenreaktor. Das polykristalline Silicium, hergestellt durch das CVD-Verfahren, kann gebrochen oder geschnitten werden in geeignet dimensionierte Stücke, wie beispielsweise Stangen, Brocken, Späne und Kombinationen von diesen, bevor sie in den Schmelztiegel eingeladen werden.
Das polykristalline Silicium wird geschmolzen, um geschmolzenes Silicium zu bilden.
Einer der Nachteile des CZ-Verfahrens ist der, dass, wenn die Ladung polykristallinen Siliciums geschmolzen wird, der Schmelztiegel nur halb voll mit geschmolzenem Silicium sein kann. Dies liegt an den Zwischenräumen, die in dem mit ungleichmäßig geformten Stücken beladenen Schmelztiegel verbleiben und führt zu einem ineffektiven Verwenden des Kristallziehers. Daher besteht die Notwendigkeit, Verfahren zu entwickeln, um effizient eine Ladung nachzufüllen, nachdem sie geschmolzen ist und vor dem Start des Impfens.
Ein weiterer Nachteil des CZ-Verfahrens ist der, dass der Schmelztiegel im Allgemeinen nur für ein Ziehen verwendet werden kann, bevor er ersetzt werden muss, da Schmelztiegel sich bei der Verwendung abbauen und Verunreinigungen in das geschmolzene Silicium einbringen können. Neue Schmelztiegel sind teuer zu erhalten und gebrauchte Schmelztiegel sind teuer zu entsorgen. Dies hat zur Entwicklung verbesserter Schmelztiegel geführt, die geeignet sind zum Überdauern zahlreicher Blockziehungen lang, während sie eine verminderte Verunreinigung in das geschmolzene Silicium einbringen. Daher besteht ein Bedarf am effizienten Nachladen des Schmelztiegels während des oder nach dem Ziehen des ersten Blocks und irgendwelcher nachfolgender Blocks. Verschiedene Verfahren zum Nachfüllen von Schmelzen und Nachladen des Schmelztiegels wurden vorgeschlagen.
In einem Verfahren wurde gekörntes polykristallines Silicium, hergestellt durch ein Wirbelschichtverfahren (wie beispielsweise gekörntes Material, hergestellt von der Ethyl Corporation oder MEMC), in den geschmolzenen Absatz eingefüllt, der in dem Schmelztiegel verbleibt, nachdem der Block gezogen wurde oder um die Ausgangsladungsschmelze nachzufüllen. Jedoch leidet dieses Verfahren an dem Nachteil, dass das gekörnte polykristalline Silicium, hergestellt durch das Wirbelschichtverfahren, eingefangenen Wasserstoff enthält. Sobald das gekörnte polykristalline Silicium dem Absatz hinzugefügt wird, löst sich Wasserstoff, was die Körnchen zum Bersten bringt. Dies verursacht ein Spritzen des geschmolzenen Siliciums, was den Schmelztiegel zerstören kann.
In einem anderen Verfahren wird gekörntes polykristallines Silicium dem Schmelztiegel beigefügt, während der Block gezogen wird. Jedoch leidet dieses Verfahren an dem Nachteil, dass infolge seiner geringen Teilchengröße gekörntes polykristallines Silicium schwer in ausreichender Zeit, um eine vernünftige Zufuhrgeschwindigkeit zu erreichen, geschmolzen werden kann. Zusätzliche Wärme wird benötigt, um diese kleinen Teilchen zu schmelzen, was zu zusätzlichen Kosten und einem beschleunigten Schmelztiegelverschleiß führt. Ein beschleunigter Schmelztiegelverschleiß kann die Lebensdauer des Schmelztiegels verkürzen und die Kosten erhöhen. Sofern die Zufuhrgeschwindigkeit an gekörntem polykristallinen Silicium zu hoch ist und die Körnchen nicht ausreichend schmelzen, kann dies die Oberfläche des Blocks, der gezogen wird, zerstören und Versetzungen hervorrufen und die Singularität des Kristalls zerstören. Darüber hinaus kann das gekörnte polykristalline Silicium einen hohen Staubanteil aufweisen. Staub kann Verunreinigungsprobleme mit dem Ziehergehäuse hervorrufen und kann sich zu der Oberfläche des gezogenen Blocks bewegen und Versetzungen hervorrufen und den Kristallertrag reduzieren. Dies kann ebenfalls die Prozesszeit infolge der Notwendigkeit des erneuten Schmelzens und erneuten Ziehens des Blocks erhöhen.
Gesamtheitlich betrachtet weist das gekörnte polykristalline Silicium eine unzureichende Reinheit für einige Anwendungen auf, unabhängig von dem Verfahren, das zum Nachladen der Körnchen verwendet wird.
Vorhergehende Versuche, polykristalline Siliciumstangen zu verwenden, hergestellt durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren und in Stücke gebrochen, wurden ebenfalls nicht für das Nachladen von Schmelztiegeln verwendet, infolge von Reinheits- oder Größenproblemen. Sofern relativ großformatige polykristalline Siliciumstücke für das Nachladen von Schmelztiegeln verwendet werden, kann das Verfahren an den Nachteilen einer Zerstörung des Schmelztiegels und einer Zerstörung der Nachladevorrichtung leiden. Sofern die polykristallinen Siliciumstücke in kleinere Größenabmessungen zerbrochen werden, macht die Kontamination mit Verunreinigungen die polykristallinen Siliciumstücke ungeeignet für die Verwendung bei Schmelztiegelnachladeverfahren.
US 4,871,117 bezieht sich auf ein kontaminationsarmes Verfahren zum Zerkleinern fester Siliciumbruchstücke, insbesondere auf ein Verfahren, bei dem ein Erwärmungs- und Kochschritt verwendet wird, um Spannungsbrüche in einem Siliciumblock vor dem Zerkleinern zu erzeugen.
US 5,791,493 bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Klassifizieren hochreiner PolySiliciumteilchen, enthaltend eine Aufnahme und ein Drehelement zum Zuführen der Teilchen aus der Aufnahme.
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, wie in den Ansprüchen 1 und 6 definiert, für die Herstellung von fließfähigen Spänen. Fließfähige Späne können durch ein Verfahren hergestellt werden, enthaltend:

a) das Zerkleinern von polykristallinen Siliciumstäben,
b) das Sortieren des Produkts aus Schritt a), um eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung zu erhalten, und
c) das Entfernen von Verunreinigungen aus dem Produkt aus Schritt a) oder Schritt b) oder beiden.

Schritt a) kann ausgeführt werden unter Verwendung eines Backenbrechers. Schritt b) kann ausgeführt werden unter Verwendung eines Stufenbodenklassierers. Schritt b) kann weiter ein Windsichten zum Entfernen von Staub enthalten. Schritt c) kann enthalten, das Produkt aus Schritt a) oder Schritt b) oder beiden einem magnetischen Feld auszusetzen. Schritt c) kann das Oberflächenreinigen des Produkts nach Schritt b) enthalten.
Alle Beträge, Verhältnisse und Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen, wenn nicht anderweitig angegeben. Das Folgende ist eine Liste von Definitionen, wie sie hierin verwendet werden.
Definitionen
„Ein", „eine" und „eines" meint ein oder mehrere.
„Zusetzen" meint, dass ein Spalt zwischen zwei Böden in einem Stufenbodenklassierer verstopft wird, was polykristalline Siliciumteilchen daran hindert, durch den Spalt hindurch zu treten, und somit den Stufenbodenklassierer als eine Sortiereinrichtung ineffektiv zu machen.
„Ladungsmaximierung" meint ein Verfahren, in dem ein Gefäß, wie eine Form oder ein Schmelztiegel, mit polykristallinem Silicium mit variierenden Abmessungen und Formen in einer Art befüllt wird, um die Menge an Schmelze über den Betrag zu erhöhen, der durch das zufällige Befüllen des Gefäßes erreicht wird.
„Nachfüllen der Ladung" meint ein Verfahren, in dem ein Gefäß, wie beispielsweise eine Form oder ein Schmelztiegel, mit polykristallinem Silicium befüllt wird, wobei das polykristalline Silicium geschmolzen wird und danach zusätzliches polykristallines Silicium zugeführt wird, um die Menge an Schmelze zu erhöhen.
„Chemische Dampfabscheidung" meint irgendein chemisches Dampfabscheidungsverfahren, das keine Wirbelschichtreaktorverfahren für die Herstellung von polykristallinem Silicium enthält. Die chemische Dampfabscheidung wird durch ein Siemens-Verfahren veranschaulicht.
„Zerkleinern" meint ein Aufbrechen, Zerhacken oder Zermahlen in kleine Teilchen. Zerkleinern enthält jedes Verfahren zum Zerkleinern polykristalliner Stäbe in Teilchen, enthaltend, jedoch nicht beschränkt auf das Schneiden der Stäbe und dann weiter Brechen von diesen durch verschiedene Verfahren.
„Kontrollierte Teilchengrößenverteilung" meint, dass zumindest 75 % der Teilchen in einer Teilchengruppe eine Teilchengröße in einem speziellen Bereich aufweisen. Beispielsweise meint eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung von 4 bis 12 Millimetern (mm), dass zumindest 75 % der Teilchen einer Teilchengröße im Bereich von 4 bis 12 mm und bis zu 25 % der Teilchen eine Teilchengröße außerhalb des Bereichs von 4 bis 12 mm aufweisen.
„Donator" meint irgendein Atom, das ein Elektron an das Silicium abgibt. Donatoren enthalten Antimon, Arsen und Phosphor.
„Fließfähig" meint die Fähigkeit, vielfache feste Teilchen durch ein Übertragungssystem ohne Brückenbildung zu befördern, enthaltend den Fall, in dem Schwingungsenergie dem System zugeführt wird, um die Ausbildung eines mit Brücken versehenen Teilchennetzwerks zu vermeiden.
„Fließfähige Späne" meint polykristalline Siliciumteilchen mit einer kontrollierten Teilchengrößenverteilung, im Allgemeinen mit asphärischer Morphologie, einem geringen Niveau an Massenverunreinigungen und einem geringen Niveau an Oberflächenverunreinigungen.
„Gekörnt" und „Körnchen" meint jeweils ein polykristallines Siliciumteilchen, hergestellt durch ein Wirbelschichtverfahren und mit einer Teilchengröße von 6 Millimetern oder weniger. Körnchen sind üblicherweise kugelförmig oder nahezu kugelförmig.
„Absatz" meint eine Menge an Silicium, das in einem Gefäß verblieben ist. Absatz enthält die Menge an Silicium, das in einem Schmelztiegel zurückbleibt, nachdem ein Block aus dem Schmelztiegel gezogen wurde und die Menge an geschmolzenem Silicium, das sich aus dem Schmelzen einer Ladung in dem Gefäß vor dem Nachfüllen von Ladung ergibt.
„Teilchengröße" meint die längste gerade Linie zwischen zwei Punkten auf einem Teilchen. Beispielsweise ist die Teilchengröße für kugelförmige Teilchen der Durchmesser.
Die Abkürzung „ppba" meint Teile pro Milliarden Atome in Bezug auf Silicium.
Die Abkürzung „ppma" meint Teile pro Millionen Atome in Bezug auf Silicium.
Die Erfindung wird weiter beschrieben unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine seitliche Schnittansicht eines Backenbrechers zur Verwendung bei dem Verfahren zur Herstellung fließfähiger Späne ist;
2 eine Seitenansicht eines Stufenbodenklassierers zur Verwendung bei dem Verfahren zur Herstellung fließfähiger Späne ist;
3 eine vergrößerte Schnittansicht des zweiten und dritten Bodens des Stufenbodenklassierers in 2 ist;
4 ist eine Draufsicht auf den zweiten Boden des Stufenbodenklassierers in 2 ist; und
5 eine Querschnittsansicht des zweiten Bodens des Stufenbodenklassierers in 2 ist.
Fließfähige Späne
Fließfähige Späne sind polykristalline Siliciumteilchen mit einer kontrollierten Teilchengrößenverteilung. Die kontrollierte Teilchengrößenverteilung kann 0,2 bis 45 mm, alternativ 1 bis 25 mm, alternativ 1 bis 20 mm, alternativ 3 bis 20 mm, alternativ 4 bis 12 mm, alternativ 4 bis 10 mm, alternativ 1 bis 12 mm, alternativ 1 bis 8 mm betragen. Jedoch wird die exakte kontrollierte Teilchengrößenverteilung ausgewählt auf der Grundlage von verschiedenen Faktoren, enthaltend das Verfahren, bei dem die fließfähigen Späne verwendet werden und die Vorrichtung, die zum Zuführen von diesen verwendet wird. Beispielsweise können fließfähige Späne, die in einem CZ-Verfahren verwendet werden oder in elektronischen Klassieranwendungen oder beiden, eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung von 2 bis 45 mm aufweisen. Alternativ können fließfähige Späne, die in einer Photovoltaik-Anwendung verwendet werden, wie beispielsweise einem Gießverfahren, eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung von 0,2 bis 45 mm aufweisen.
Für einige Anwendungen kann die kontrollierte Teilchengrößenverteilung bei 4 bis 12 mm, alternativ 4 bis 8 mm, alternativ 4 bis 6 mm liegen. Mit dem Wunsch, nicht durch die Theorie eingeschränkt zu werden, wird angenommen, dass eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung in Richtung zu dem unteren Ende des Bereichs von 4 bis 12 mm das Spritzen minimiert, wenn die fließfähigen Späne dem in einem Schmelztiegel enthaltenen geschmolzenen Silicium zugeführt werden. Für einige Anwendungen kann die kontrollierte Teilchengrößenverteilung bei 9 bis 12 mm, alternativ 10 bis 12 mm liegen. Mit dem Wunsch, nicht durch die Theorie eingeschränkt zu werden, wird angenommen, dass eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung in Richtung zu dem größeren Ende des Bereichs von 4 bis 12 mm das leichtere Schmelzen verbessern kann, sobald die fließfähigen Späne einem Schmelztiegel, enthaltend einen Absatz, der zumindest teilweise verfestigt ist, zugeführt werden.
Die Offenbarung von Bereichen hierin soll dahingehend verstanden werden, dass nicht nur der Bereich selbst, sondern auch alles, was darunter subsumiert wird, ebenso wie Endpunkte offenbart sind. Beispielsweise enthält die Offenbarung eines Bereichs von 4 bis 12 nicht nur den Bereich von 4 bis 12, sondern auch 4, 5,7, 11 und 12 einzeln, ebenso wie irgendeine andere Zahl, die unter den Bereich subsumiert wird. Des weiteren enthält die Offenbarung eines Bereichs von beispielsweise 4 bis 12 die Unterbereiche von 4 bis 8, 9 bis 10, 9 bis 12 und 10 bis 12 ebenso wie irgendeinen anderen Unterbereich, der unter den Bereich subsumiert wird, und irgendwelche Bereiche, die Äquivalente der hierin offenbarten Bereiche bilden.
Die Morphologie von fließfähigen Spänen ist im Allgemeinen asphärisch. Die exakte Morphologie hängt von dem Verfahren ab, das zum Herstellung der fließfähigen Späne verwendet wird. Beispielsweise wird die Morphologie unregelmäßig, wenn die fließfähigen Späne durch hierin offenbarte Verfahren hergestellt werden, z.B. manuelles Brechen polykristalliner Siliciumstäbe durch Schlagen mit einem kontaminationsarmen Schlagwerkzeug, wie beispielsweise dem in EP 0 539 097 A1 etc. offenbarten. Fließfähige Späne weisen ein geringes Maß an Massenverunreinigungen auf, wie beispielsweise Bor, einem Donator, Phosphor, Kohlenstoff und allen Metallen. Das Maß an Massenverunreinigungen kann weniger als oder gleich 0,2 ppma, alternativ weniger als oder gleich 0,03 ppma, alternativ weniger als oder gleich 0,025 ppma sein. Der Borspiegel kann weniger als oder gleich 0,06 ppba sein. Jedoch kann für einige Anwendungen, wie beispielsweise dort, wo Bor als eine Dotierungssubstanz verwendet wird, der Borspiegel weniger als oder gleich 20 ppba, alternativ 5 bis 20 ppba betragen.
Der Donatorspiegel liegt bei weniger als oder gleich 0,30 ppba. Fließfähige Späne können ein Phosphor-Massenniveau von weniger als oder gleich 0,02 ppba, alternativ weniger als oder gleich 0,015 ppba aufweisen. Der Kohlenstoffspiegel liegt bei weniger als oder gleich 0,17 ppma. Das Gesamtniveau an Gesamtmetallverunreinigungen liegt bei weniger als oder gleich 4,5 ppba, alternativ weniger als oder gleich 1 ppba. Gesamtmetallverunreinigungen enthalten Chrom, Kupfer, Eisen und Nickel. Fließfähige Späne können einen Chromgesamtspiegel von weniger als oder gleich 0,01 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können einen Kupfergesamtspiegel von weniger als oder gleich 0,01 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können einen Eisengesamtspiegel von weniger als oder gleich 0,01 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können einen Nickelgesamtspiegel von weniger als oder gleich 0,01 ppba aufweisen.
Gesamtverunreinigungsspiegel können durch im Stand der Technik bekannte Verfahren gemessen werden, wie beispielsweise Zonenziehverfahren, wie in US-Patenten 4,912,528, 5,361,128 und 5,436,164 offenbart, und das Verfahren, das hierin in Beispiel 3 beschrieben ist.
Fließfähige Späne weisen ein geringes Maß an Gesamtoberflächenverunreinigungen auf. Das Gesamtniveau an Oberflächenverunreinigungen liegt bei weniger als oder gleich 30 ppba, alternativ 15 ppba, alternativ 4,5 ppba. Oberflächenverunreinigungen enthalten Cobalt, Chrom, Kupfer, Eisen, Natrium, Nickel, Wolfram und Zinn.
Sobald fließfähige Späne unter Verwendung des unten beschriebenen Verfahrens hergestellt werden, unter Verwendung eines Backenbrechers, wie dem in 1, und eines Stufenbodenklassierers, wie dem in den 2 bis 5, können die fließfähigen Späne eine weiter reduzierte Menge an Oberflächenverunreinigungen aufweisen. Beispielsweise können die fließfähigen Späne Chrommengen von weniger als oder gleich 0,06 ppba, alternativ weniger als oder gleich 0,02 ppba, alternativ weniger als oder gleich 0,01 ppba, alternativ weniger als oder gleich 0,004 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können Oberflächenmengen an Kupfer von weniger als oder gleich 0,15 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,03 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,02 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,01 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können Oberflächenmengen an Eisen von weniger als oder gleich 18 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 10 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 9 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 7 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können Oberflächenmengen an Natrium von weniger als oder gleich 0,9 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,8 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,5 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,4 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können Oberflächenmengen an Nickel von weniger als oder gleich 0,1 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,07 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,04 ppba, alternativ 0 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können Oberflächenmengen an Zinn von weniger als oder gleich 0,6 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,5 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,4 ppba, alternativ von weniger als oder gleich 0,3 ppba aufweisen.
Oberflächenreinheit kann gemessen werden durch im Stand der Technik bekannte Verfahren, wie beispielsweise die im US-Patent 5,851,303 offenbarten Verfahren.
Fließfähige Späne können ebenfalls ein geringes Maß an Staub aufweisen. Mit dem Wunsch, nicht durch die Theorie eingeschränkt zu werden, wird angenommen, dass ein geringes Maß an Staub das Schmelzen erleichtert und Kristallversatzgeschwindigkeiten reduziert, sobald die fließfähigen Späne einem Schmelztiegel zugeführt werden.
Fließfähige Späne können einen geringen Restgasgehalt aufweisen. Fließfähige Späne können keinen Wasserstoff oder geringere Niveaus an Wasserstoff aufweisen als durch Wirbelschichtverfahren hergestellte Körnchen. Fließfähige Späne können einen Wasserstoffgehalt von 0 bis 3.600 ppba, alternativ 0 bis 1.300 ppba, alternativ 0 bis 800 ppba, alternativ 800 bis 1.300 ppba aufweisen. Fließfähige Späne können geringe Chlorspiegel aufweisen. Fließfähige Späne können einen Chlorgehalt von 0 bis 300 ppba, alternativ 20 bis 120 ppba, alternativ 25 bis 110 ppba, alternativ 30 bis 100 ppba, alternativ 50 bis 65 ppba aufweisen.
Verfahren zum Herstellen fließfähiger Späne
Fließfähige Späne können durch ein Verfahren hergestellt sein, enthaltend:

a) das Brechen oder Schneiden polykristalliner Siliciumstäbe,
b) das Klassieren des Produkts nach Schritt a), um eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung zu erhalten, und optional
c) das Oberflächenreinigen des Produkts nach Schritt a) oder Schritt b) oder beiden.

Ein Produkt eines fließfähigen Spans kann durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt werden, weiter enthaltend:

d) das Verpacken des Produkts nach den Schritten a), b) oder c).

Alternativ können fließfähige Späne durch ein Verfahren hergestellt sein, enthaltend:

a) das Zerkleinern polykristalliner Siliciumstäbe,
b) das Klassieren des Produkts nach Schritt a), um eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung zu erhalten, und
c) das Entfernen von Verunreinigungen aus dem Produkt nach Schritt a) oder Schritt b) oder beiden.

Ein Produkt eines fließfähigen Spans kann durch das oben beschriebene Verfahren hergestellt sein, weiter enthaltend:

d) das Verpacken des Produkts nach Schritt a), b) oder c).

Herstellung polykristallinen Siliciums
Polykristalline Siliciumstäbe können durch im Stand der Technik bekannte Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise können polykristalline Siliciumstäbe durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren hergestellt sein, enthaltend die chemische Dampfabscheidung eines hochreinen Chlorsilans oder Silangases auf einem erhitzten Substrat, siehe Handbuch der Halbleiter-Silicium-Technologie, herausgegeben von William C. O'Mara, Robert B. Herring und Lee P. Hunt, Noyes Veröffentlichungen, Park Ridge, New Jersey, USA, 1990, Kapitel 2, Seiten 39 bis 58.
Zerkleinern polykristallinen Siliciums
Die polykristallinen Siliciumstäbe können zerkleinert werden, beispielsweise durch Schneiden mit einer Säge oder durch Zerschlagen mit einem verunreinigungsarmen Schlagwerkzeug, wie beispielsweise das in EP 0 539 097 A1 offenbarte. Alternativ können die polykristallinen Siliciumstäbe unter Verwendung eines Backenbrechers zerkleinert werden. Alternativ können die polykristallinen Siliciumstäbe durch Schlagen mit einem verunreinigungsarmen Schlagwerkzeug zerkleinert werden, und die sich ergebenden zerkleinerten Stäbe können weiter unter Verwendung eines Backenbrechers zerkleinert werden. Alternativ können die polykristallinen Siliciumstäbe durch Schneiden mit einer Säge zerkleinert werden und danach durch Zerschlagen mit einem verunreinigungsarmen Schlagwerkzeug und danach unter Verwendung eines Backenbrechers weiter zerkleinert werden. Ein Beispiel eines geeigneten Backenbrechers ist in 1 gezeigt. Der Backenbrecher 400 enthält eine Rahmenanordnung 401 mit einer ortsfesten Backenplatte 402, die daran befestigt ist. Eine bewegliche Backenplatte 403 liegt der ortsfesten Backenplatte 402 gegenüber. Ein Backenhohlraum 404 bildet sich zwischen den Backenplatten 402, 403. Polykristallines Silicium kann von einem Vorratsbehälter 425 in den Backenhohlraum 404 zugeführt werden.
Die bewegliche Backenplatte 403 ist an einer Pitman-Halteanordnung 405 befestigt. Die Pitman-Halteanordnung 405 ist mit einem Pitman-Lager 406 verbunden, das eine exzentrische Welle 407 an einem Ende umgibt und einen Zugstangenstift 408 an dem anderen Ende. Die exzentrische Welle 407 ist an einem Schwungrad 409 befestigt. Der Motor 410 treibt einen Riemen 411 um das Schwungrad 409 an. Das Schwungrad 409 dreht die exzentrische Welle 407, um die bewegliche Backenplatte 403 mit einer elliptischen Bewegung in Bezug auf die feststehende Backenplatte 402 zu bewegen. Die Drehgeschwindigkeit kann 300 bis 400 Umdrehungen pro Minute (rpm) betragen. Der Motor 410 ist an einer Basis 412 befestigt. Die Bewegung der beweglichen Backenplatte 403 zerbricht das polykristalline Silicium in dem Backenhohlraum 404. Die Teilchengröße der sich ergebenden polykristallinen Siliciumstücke ist ausreichend vermindert, damit die polykristallinen Siliciumstücke durch einen Auslassschlitz 418 den Backenhohlraum 404 verlassen können.
Eine horizontale Federanordnung enthält eine Zugstange 413, die sich durch ein Justierrad 414, ein äußeres Federlager 415, eine Zugfeder 416 und ein inneres Federlager 417 zu dem Zugstangenstift 408 erstreckt. Das an dem äußeren Federlager 415 befestigte Justierrad 414 kann gedreht werden, um die Zugfeder 416 einzustellen. Die horizontale Federanordnung kann verwendet werden, um den Pitman 405 in Berührung mit einer Kniehebelplatte 424 zu halten.
Eine vertikale Anordnung enthält eine Keiljustierstange 419, die sich durch ein Justierrad 420 und eine Querstange 421 hindurch erstreckt. Ein Justierkeil 422 ist an einem Lagerkeil 423 befestigt. Der Lagerkeil 423 der Kniehebelplatte ist an der Kniehebelplatte 424 befestigt. Die Kniehebelplatte 424 ist an der Pitman-Halteanordnung 405 über dem Zugstangenstift 408 befestigt. Die vertikale Anordnung kann zum Einstellen der Breite des Auslassschlitzes 418 verwendet werden. Die Position der Kniehebelplatte 424 (in den Nuten des Lagerkeils 423) bestimmt die Bewegung des Pitman 405 und die Bewegung des Bodens der beweglichen Backenplatte 403.
Das polykristalline Silicium kann dem Backenbrecher 400 von dem Vorratsbehälter 425 zugeführt werden. Sobald sich das polykristalline Silicium durch den Backenbrecher 400 hindurch bewegt, bringt die bewegliche Backenplatte 403 das polykristalline Silicium dazu, in kleinere polykristalline Siliciumstücke zu zerbrechen. Die polykristallinen Siliciumstücke können in ihrer Größe von Staub bis zu Klumpen bis zu Scherben bis zu Flocken bis zu Überkorn-Brocken variieren. Die Größenverteilung der polykristallinen Siliciumstücke hängt von verschiedenen Faktoren ab, enthaltend die Breite des Auslassschlitzes 418 und der Verweilzeit in dem Zerkleinerungshohlraum 404.
Die Backenplatten 402, 403 enthalten Materialien, die die Verunreinigung von Silicium minimieren, wie beispielsweise Materialien, die eine größere Härte als oder eine vergleichbare zu polykristallinem Silicium aufweisen. Die Backenplatten können Wolframkarbid, Wolframkarbid mit Kobaltbindemittel, Wolframcarbid mit einem Nickelbindemittel, Cr₃C₂, Cr₃C₂ mit Nickel-Chrom-Legierungsverbinder oder Kombinationen davon enthalten. Die Verwendung von Wolframkarbid enthaltenden Materialien kann die Menge an Eisen-Verunreinigungen vermindern, die durch den Zerkleinerungsvorgang in das Silicium eingetragen werden. Der Vorratsbehälter 425 zum Zuführen der polykristallinen Siliciumstäbe oder der polykristallinen Überkorn-Siliciumstücke oder von beiden und eine Auslassrinne (nicht gezeigt) aus dem Backenbrecher 400 können aus denselben Baumaterialien wie die Backenplatten 402, 403 oder einem anderen Baumaterial, das die Verunreinigung von Silicium minimiert, hergestellt sein oder mit diesem verkleidet sein. Solche Baumaterialien enthalten ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE), Polypropylen, Perfluoralkoxy-Harz (PFA), Polyurethan (PU), Polyvinyldifluorid (PVDF), TEFLON^®, Wolframkarbid, Silicium und Keramik.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass zahlreiche Backenbrecher hintereinander verwendet werden können, um eine gewünschte Formverteilung oder die oben beschriebene Größenverteilung oder beides zu erhalten oder die polykristallinen Überkorn-Siliciumstäbe wiederzuverwenden oder beides. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass eine herkömmliche Zerkleinerungsvorrichtung, wie beispielsweise Backenbrecher, Walzenbrecher, Brechwalzenmaschinen, Kegelbrecher und Tischmühlen verwendet werden können, offenbart in Einführung in die Teilchen-Technologie, Kapitel 10, „Teilchengrößenverminderung", John Wiley & Sons, Inc., New York, NY, April 1999, Seiten 241–263, vorausgesetzt, dass die Baumaterialien von Teilen der Zerkleinerungsvorrichtung, die das Silicium berühren, Materialien enthalten, die eine Verunreinigung von Silicium minimieren. Geeignete Backenbrecher sind im Handel erhältlich von Morse Jaw Crushers von Metso Minerals Industries, Inc., Danville, Pennsylvania, USA.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass alternative Zerkleinerungsvorrichtungen zusätzlich zu oder anstelle von dem Backenbrecher in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können. Geeignete Zerkleinerungsvorrichtungen sind in den US-Patenten 4,815,667, 5,346,141 und 5,464,159, der EP 0 573 855 , der JP 02565759 und der JP 58145611 offenbart.
Klassieren der polykristallinen Siliciumstücke
Die polykristallinen Siliciumstücke (gebrochene Stäbe) können manuell oder unter Verwendung einer Vorrichtung sortiert werden, wie beispielsweise dem Siliciumdrehschirm, der im US-Patent 5,165,548 offenbart ist, oder der Sortiervorrichtung, die in US-Patenten 3,905,556, 5,064,076 oder 5,791,493 offenbart sind, vorausgesetzt, dass die Abschnitte der Sortiervorrichtung, die mit dem Silicium in Kontakt treten, Baumaterialien enthalten, die eine Verunreinigung von Silicium minimieren, wie beispielsweise die oben diskutierten.
Gemäß der Erfindung werden polykristalline Siliciumstücke unter Verwendung einer Vorrichtung sortiert, die einen Stufenbodenklassierer enthält. Die Vorrichtung zum Sortieren polykristalliner Siliciumstücke enthält

I) eine Schwingungsmotoranordnung, und
II) einen Stufenbodenklassierer, befestigt an der Schwingungsmotoranordnung.

Der Stufenbodenklassierer enthält

i) einen ersten Boden, enthaltend a) ein Einlassende des ersten Bodens zu einem profilierten Bereich, b) wobei der profilierte Bereich an oder nahe dem Einlassende beginnt, wobei jede Nut Kämme und Mulden enthält, und c) ein Auslassende des ersten Bodens, wobei das Auslassende des ersten Bodens so gewinkelt ist, dass die Kämme der Nuten sich weiter nach außen über einen ersten Spalt zwischen dem ersten Boden und einem Endboden erstrecken als die Mulden der Nuten, und
ii) der Endboden stromabwärts von dem ersten Spalt und unterhalb des ersten Bodens angeordnet ist, wobei der Endboden enthält: a) ein Einlassende des Endbodens, b) einen profilierten Bereich, der am oder nahe dem Einlassende des Endbodens beginnt, worin jede Nut Kämme und Mulden enthält, und c) ein Auslassende des Gegenstandes,
iii) einen Sammelbehälter unter dem ersten Spalt zum Sammeln von Gegenständen, die durch den ersten Spalt fallen, und
iv) einen Überkorn-Sammelbehälter unter dem Auslass zum Sammeln von Gegenständen, die nicht durch den ersten Spalt fallen.

Der Stufenbodenklassierer kann weiter einen oder mehrere zusätzliche Böden zwischen dem ersten Boden und dem Endboden enthalten, worin jeder zusätzliche Boden enthält:

a) ein Einlassende des zusätzlichen Bodens,
b) einen profilierten Bereich, der an oder nahe dem Einlassende des zusätzlichen Bodens beginnt, worin jede Nut Kämme und Mulden enthält, und
c) ein Auslassende des zusätzlichen Bodens, worin das Auslassende des zusätzlichen Bodens so gewinkelt ist, dass die Kämme der Nut sich weiter über einen Spalt an dem Auslassende erstrecken als die Mulden der Nuten.

Die Vorrichtung zum Sortieren von polykristallinen Siliciumstücken kann weiter eine Waage unter iii) dem Sammelbehälter enthalten oder ein Staubentfernungssystem, angeordnet stromaufwärts von dem ersten Spalt oder beides oder irgendeine andere Abwandlung, die für einen Fachmann auf dem Gebiet ohne unzumutbares Experimentieren verfügbar ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass mehr als ein Stufenbodenklassierer in Reihe verwendet werden kann, um die polykristallinen Siliciumstücke zu sortieren.
Ein Beispiel einer Vorrichtung zum Sortieren polykristalliner Siliciumstücke und enthaltend einen Stufenbodenklassierer ist in den 2 bis 5 gezeigt. 2 zeigt eine Seitenansicht der Vorrichtung. Der Stufenbodenklassierer 500 ist an einer Schwingungsmotoranordnung 501 befestigt. Der Stufenbodenklassierer 500 weist einen Einlass 502 für polykristalline Siliciumstücke auf. Die Schwingungsmotoranordnung 501 bringt die polykristallinen Siliciumstücke dazu, sich über einen ersten Boden 531 zu bewegen. Die polykristallinen Siliciumstücke gehen zunächst durch einen Wirbelschichtbereich 503 hindurch, wo Staub durch einen Luftstrom, dargestellt durch Pfeile 504, durch eine perforierte Platte 505 zu einem Staubsammler 532 entfernt wird. Die polykristallinen Siliciumstücke bewegen sich hinter den Wirbelschichtbereich 503 und in einen profilierten Bereich 506. Die polykristallinen Siliciumstücke setzen sich in Löchern 520 der Nuten 512 (in den 3–5 gezeigt) ab oder verbleiben oben auf den Kämmen 519 der Nuten 512, in Abhängigkeit von Größe und Form. Sobald die polykristallinen Siliciumstücke das Ende des ersten Bodens 531 erreichen, fallen die polykristallinen Siliciumstücke, die kleiner als der Spalt 507 sind, durch den Spalt 507 und auf das Transportband 508. Die fallenden polykristallinen Siliciumstücke werden zu dem Sammelbehälter für kleinformatige polykristalline Siliciumstücke 509 verbracht. Größere polykristalline Siliciumstücke bewegen sich über den Spalt 507 hinweg und fallen auf den zweiten Boden 510.
4 zeigt eine Draufsicht auf den zweiten Boden 510 und 5 zeigt eine Querschnittsansicht des zweiten Bodens 510 entlang der Linie A-A. Die Oberseite des zweiten Bodens 510 weist eine Vielzahl von Nuten 512 auf. Jede Nut 512 weist einen Kamm 519 und eine Mulde 520 auf. Die Nuten 512 sind gerundet. Seitenwandungen 530 erstrecken sich über die Kämme 519 hinweg, um die polykristallinen Siliciumstücke daran zu hintern, an der Seite des zweiten Bodens 510 vorbeizufallen. Die polykristallinen Siliciumstücke bewegen sich von dem Einlassende 511 des zweiten Bodens 510 zum dem Auslassende 518 des zweiten Bodens 510.
3 zeigt eine abschnittsweise Seitenansicht des zweiten Bodens 510, des dritten Bodens 517 und des Spalts 516 dazwischen. Das Einlassende 511 des zweiten Bodens 510 ist rechtwinklig zur Horizontalen. Nuten 512 sind in die Oberseite des zweiten Bodens 510 geschnitten. Polykristalline Siliciumstücke, wie beispielsweise Brocken 513 und Scherben 514, können in den Mulden 520 der Nuten 512 sitzen. Polykristalline Siliciumstücke, wie beispielsweise Flocken 515, können oben auf den Kämmen 519 der Nuten 512 sitzen. Das Auslassende 518 des zweiten Bodens 510 ist so gewinkelt, dass die Kämme 519 der Nuten 512 sich weiter nach außen über den Spalt 516 erstrecken als die Mulden 520 der Nuten 512. Wenn der zweite Boden 510 schwingt, fallen die Brocken 513 durch den Spalt 516, während die Scherben 514 und die Flocken 515 aus dem Auslassende 518 herausfallen, über den Spalt 516 hinübertreten und zu dem dritten Boden 517 befördert werden. Mit dem Wunsch, nicht von der Theorie eingeschränkt zu werden, wird angenommen, dass der Winkel des Auslassendes 518 des zweiten Bodens 510 das Verstopfen minimiert. Die Böden können so hergestellt werden, dass sie an ihren Auslassenden dünn sind, um das Verstopfen weiter zu minimieren.
Der Stufenbodenklassierer 500 sortiert die polykristallinen Siliciumstücke 513, 514, 515 in kontrollierte Teilchengrößenverteilungen, basierend auf den Größen der Spalte 507, 516, 518, 534, 522 und 524 zwischen den Böden 531, 510, 517, 533, 521, 523 und 525. Die Spalte 507, 516, 518, 534, 522 und 524 werden mit der Förderrichtung größer. Kleinere polykristalline Siliciumstücke fallen durch die kleineren Spalte 507, 516, 518 und werden in dem Sammelbehälter 509 für kleinformatige polykristalline Siliciumstücke gesammelt. Größere polykristalline Siliciumstücke fallen durch die größeren Spalte 534, 522, 524 und werden in dem Sammelbehälter 526 für größerformatige polykristalline Siliciumstücke gesammelt. Polykristalline Überkorn-Siliciumstücke werden an dem Ende des Stufenbodenklassierers 500 in dem Sammelbehälter 527 für polykristalline Überkorn-Siliciumstücke gesammelt. Die polykristallinen Überkorn-Siliciumstücke können zu der Zerkleinerungsvorrichtung zurückgeführt werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die polykristallinen Siliciumstücke mit unterschiedlicher kontrollierter Teilchengrößenverteilung von den verschiedenen Böden des Stufenbodenklassierers durch die Spalte zwischen den Böden durch Verändern der Größe der Spalte, der Anzahl der Sammelbehälter und der Anzahl und Anordnung der Förderbänder zum Bewegen der polykristallinen Siliciumstücke zu Sammelbehältern abgezogen werden können.
Waagen 528 können in die Kontrollen der Vibrationsförderer 501 integriert werden, um die Sammelbehälter 509, 526, 527, wie beispielsweise Taschen, direkt zu befüllen oder die Bewegung abzuschalten, um Sammelbehälter zu wechseln, wenn ein bestimmtes Füllgewicht erreicht wurde.
Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die Anzahl von Böden, die Breite, Tiefe und Form der Nuten in jedem Boden, die Abmessungen der Spalte zwischen den Böden und die Anzahl von Sammelbehältern variieren kann, um erfasste Größenverteilungen einzustellen. Nuten können unterschiedliche Breiten, Tiefen und Formen aufweisen. Die Nuten können beispielsweise dreieckig, rechteckig, trapezförmig oder gerundet sein.
Bei der zum Zerkleinern des polykristallinen Siliciums verwendeten Vorrichtung sind die Teile der Vorrichtung, die zum Sortieren verwendet werden, die die polykristallinen Siliciumstücke berühren, aus Materialien aufgebaut, die das Silicium nicht verunreinigen, wie beispielsweise die oben beschriebenen Baumaterialien für den Backenbrecher 400.
Des Weiteren wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass der oben beschriebene Stufenbodenklassierer verwendet werden kann, um andere Materialien als fließfähige Späne zu sortieren, wie beispielsweise polykristalline Siliciumstücke größerer Abmessungen (z.B. größere als 45 mm), durch Variieren der Größe der Böden, der Breite, Tiefe und Formgebungen der Nuten bei jedem Boden, der Größenabmessungen der Spalte zwischen den Böden und der Größe der Sammelbehälter.
Optionales Entfernen von Verunreinigungen
Die polykristallinen Siliciumstücke mit einer kontrollierten Teilchengrößenverteilung, oben hergestellt, können optional einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, um Verunreinigungen zu entfernen. Beispielsweise können die polykristallinen Siliciumstücke durch eine Kammer hindurchgeschickt werden, die einen Magneten zum Entfernen von Verunreinigungen enthält, oder ein Magnet kann über die polykristallinen Siliciumstücke hinweg bewegt werden. Der Magnet kann ein Seltene-Erde-Magnet oder ein Elektromagnet oder Kombinationen davon sein. Der Magnet kann direkt die polykristallinen Siliciumstücke berühren oder nahe benachbart zu den polykristallinen Siliciumstücken liegen. Die Magnete entfernen viele der feinen Teilchen mit einer geeigneten Empfindlichkeit für das magnetische Feld. Diese Teilchen enthalten ferromagnetische Verunreinigungen, wie beispielsweise Eisen und Kobalt, und paramagnetische Verunreinigungen, wie beispielsweise Wolframkarbid, und andere ferromagnetische Verunreinigungen und paramagnetische Verunreinigungen, die bei der Herstellung von Baumaterialien für die Vorrichtung verwendet werden, die zum Zerkleinern und Sortieren des Siliciums verwendet wird.
Alternativ können Verunreinigungen durch Verfahren entfernt werden, die in US-Patenten US 3,905,556 , US 4,125,191 , US 4,157,953 , US 4,250,025 , US 4,345,995 , US 4,525,336 , US 5,297,744 und US 5,830,282 offenbart sind. Verunreinigungen können unter Verwendung chemischer Verfahren entfernt werden, wie beispielsweise denen, die in EP 0 215 121 B1 offenbart sind, zusätzlich zu oder anstelle der Verfahren, die magnetische Felder einbringen.
In Abhängigkeit von der Reinheit der polykristallinen Siliciumstäbe, die als Startmaterial verwendet werden, und Verfahren, die zum Zerkleinern und Sortieren des Siliciums verwendet werden, kann das Produkt in diesem Schritt eine ausreichende Reinheit für die Verwendung bei der Herstellung von monokristallinen Siliciumwafern mit Solarzellengüte oder monokristallinen Siliciumwafern mit elektronischer Güte aufweisen. Jedoch kann, sofern die Reinheit für Anwendungen elektronischer Güte oder beide dieser Anwendungen unzureichend ist, das Silicium oberflächengereinigt werden, um Verunreinigungen weiter zu entfernen.
Optionale Oberflächenreinigung
Die polykristallinen Siliciumstücke können oberflächengereinigt werden durch im Stand der Technik bekannte Verfahren. Die Oberflächenreinigung kann zusätzlich zu oder anstelle von einem Verfahren zum Entfernen von Verunreinigungen, wie oben beschrieben, durchgeführt werden. Beispielsweise können die zerbrochenen Stäbe durch das Verfahren, das in US-Patent 5,851,303 offenbart ist, gereinigt werden, was das aufeinanderfolgende Berühren der gebrochenen Stäbe mit gasförmigem Hydrogenfluorid und dann mit einer wässrigen Lösung, enthaltend zumindest ein halbes Prozent Hydrogenperoxid und danach Trocknen der gebrochenen Stäbe enthält. Alternativ können die gebrochenen Stäbe gereinigt werden durch das Verfahren, das in JP Hei-05-4811 offenbart ist. Alternativ können die gebrochenen Stäbe oberflächengereinigt werden durch anisotropes Ätzen, wie im kanadischen Patent Nr. 954425 oder US-Patent 4,971,654 beschrieben. Andere geeignete Oberflächenreinigungsverfahren enthalten solche, die in US-Patenten 4,588,571 und 6,004, 402 offenbart sind.
Die sich ergebenden fließfähigen Späne können durch irgendeine geeignete Einrichtung verpackt werden, beispielsweise manuell oder automatisch, wobei die fließfähigen Späne in Polyethylentüten angeordnet werden.
Verwendungsverfahren fließfähiger Späne
Die fließfähigen oben beschriebenen Späne können für Photovoltaik-Anwendungen oder für elektronische Anwendungen verwendet werden, in Abhängigkeit von der Teilchengrößenverteilung und der Reinheit. Spezielle Anwendungen für fließfähige Späne enthalten Initialladungsanwendungen, wie beispielsweise Initialladungsmaximierung und Initialladungsauffüllung und Wiederbeladungsanwendungen, wie beispielsweise eine Schmelztiegelwiederbeladung in einem CZ-Verfahren, ebenso wie eine Wiederbeladungsmaximierung und Wiederbeladungsauffüllung.
Die fließfähigen Späne können in Solarzellengießverfahren verwendet werden, wie beispielsweise denen, die in US-Patenten US 4,176,166 , US 4,312,700 , US 4,382,838 , US 4,572,812 , US 5,254,300 , US 5,431,869 , US 5,492,079 und US 5,510,095 , CN 1176319 , DE 44 41 911 , EP 0 869 102 , EP 0 095 757 , JP 10190025 , JP 11116386 , JP 58026019 , JP 58099115 , JP 62108515 und JP 9301709 beschrieben sind, zusätzlich zu oder anstelle des hierin beschriebenen Siliciums. Gießen kann das Gießen von geschmolzenem Silicium in eine erhitzte Form oder das Schmelzen polykristallinen Siliciums in einem Schmelztiegel und das Zulassen, dass das Silicium langsam abkühlt und sich verfestigt, enthalten.
Beispielsweise enthält ein geeignetes Chargengießverfahren:

1) das Einführen eines Halbleitermaterials in eine Gussform, enthaltend Wandungen, die eine gewünschte Querschnittsform definieren,
2) das Schmelzen des Halbleitermaterials,
3) das Verfestigen des Halbleitermaterials nach Schritt 2), um einen Gussblock mit einer gewünschten Querschnittsform herzustellen. Schritt 2) kann ausgeführt werden vor, während oder nach Schritt 1). Der Gussblock kann von der Gussform nach Schritt 3) entfernt werden, und danach kann das Verfahren wiederholt werden. Die fließfähigen oben beschriebenen Späne können zum Wiederbeladen der Form in Schritt 1) verwendet werden.

Alternativ kann ein kontinuierliches Gießverfahren verwendet werden. Ein kontinuierliches Gießverfahren kann enthalten:

1) das Schmelzen kontinuierlich zugeführten Halbleitermaterials in einem bodenlosen Gefäß, angeordnet in einer Induktionsspule, optional 2) zum Reinigen das Blasen eines heißen Plasmagases auf die Oberfläche der Schmelze und
3) das kontinuierliche Entladen von verfestigtem Silicium nach unten aus dem bodenlosen Gefäß. Zumindest ein axialer Teil des bodenlosen Gefäßes ist in eine Vielzahl von elektrisch leitenden Stücken, die am Umfang beabstandet sind, aufgeteilt. Das Halbleitermaterial kann die oben beschriebenen fließfähigen Späne enthalten.

Alternativ enthält eine Vorrichtung zur Verwendung in einem geeigneten kontinuierlichen Gießverfahren eine Vielzahl von elektrisch leitenden Elementen, die nebeneinander angeordnet sind, um einen behälterartigen Bereich mit einer offenen Oberseite und einem offenen Boden zu definieren. Die Vorrichtung enthält weiter eine Einrichtung zum Einführen elektrischer Wechselströme hoher Frequenz in jedes der elektrisch leitenden Elemente. Ein zurückziehbares Tragelement wird durch den offenen Boden des behälterartigen Bereichs eingeführt. Das Tragelement wirkt dahingehend, dass es das Halbleitermaterial in dem behälterartigen Bereich trägt.
Ein geeignetes kontinuierliches Gießverfahren enthält:

1) das Einführen von Halbleitermaterial in den behälterartigen Bereich der oben beschriebenen Vorrichtung,
2) das Schmelzen des Halbleitermaterials,
3) das Aktivieren der Einrichtung zum Einleiten elektrischer Ströme, wobei erste elektrische Ströme in jedes der leitenden Elemente eingeleitet werden,
4) das Verwenden der ersten elektrischen Ströme, um einen zweiten elektrischen Strom in das Halbleitermaterial einzuführen, wobei der zweite elektrische Strom in einer Richtung im Wesentlichen entgegen der herkömmlichen Fließrichtung des ersten elektrischen Stroms fließt, und
5) das Benutzen der ersten elektrischen Ströme und des zweiten elektrischen Stroms so, dass das Halbleitermaterial von den elektrisch leitenden Elementen während des Gießverfahrens abgestoßen und an einem Berühren von diesen gehindert wird.

Das Verfahren kann weiter enthalten:

6) das Zurückziehen des Tragelements weg von dem behälterartigen Bereich in einer Art, dass das geschmolzene Halbleitermaterial, das durch das Tragelement gehalten wird, sich in einen Gussblock verfestigt, sobald das geschmolzene Halbleitermaterial von den leitfähigen Elementen zurückgezogen wird, und
7) das Zuführen zusätzlicher Mengen an Halbleitermaterial in den oberen Bereich des behälterartigen Bereichs. Die Schritte 1) bis 7) können wiederholt werden. Das Halbleitermaterial, das in den Schritten 1) oder 7) oder beiden verwendet wird, kann die oben beschriebenen fließfähigen Späne enthalten.

Die fließfähigen Späne können in Formwachstumsverfahren verwendet werden, wie beispielsweise einem kantengeführten Folienzieh- (EFG) Verfahren zum Herstellen von Siliciumbändern, wie beispielsweise den EFG-Verfahren, die durch H.E. LaBelle, Jr., in „EFG Die Erfindung und Anwendung von Saphir-Wachstum", Journal des Kristallwachstums, Ausgabe 50, 1980, Seiten 8–17 und K. Koliwad, et al. „Vorgehensweisen des Flachplatten-Solarfeld-Projekt-Forums in Bezug auf das Hochgeschwindigkeitswachstum und die Charakterisierung von Kristallen für Solarzellen", Katherine A. Dumas, Herausgeber, Strahl-Antriebslabor, California Institut of Technology, Pasadena, CA, für U.S. DOE, 15. April 1984, Seiten 22–24. Ein geeignetes EFG-Verfahren kann das Zurückziehen eines Siliciumbandes von einem Meniscus eines geschmolzenen Siliciums enthalten, definiert durch den Rand einer Form. Die Abmessungen des Bandes werden durch den Meniscus kontrolliert. Die Bandherstellungsgeschwindigkeit und die Wärmebilanz des Systems sollten sorgsam kontrolliert werden.
Die fließfähigen Späne können in einem Plasmainduktionsverfahren verwendet werden, wie beispielsweise denen, die in JP 10182124 und in Kristallwachstum, herausgegeben von Brian R. Pamplin, Kapitel 9 „Gestaltung, Messung und Kontrolle einer Kristallwachstumsumgebung", Pergamon Press, Ltd., Oxford, 1975, Seiten 343–344, offenbart sind. In einem Beispiel eines Plasmainduktionsverfahrens wird ein Hochfrequenzplasmabrenner verwendet, z.B. mit über 4 Megahertz (MHz), zum Schmelzen der Siliciumteilchen. Der Brenner wird durch Ionisieren eines Inertgases, wie beispielsweise von Argon, durch Hindurchleiten des Gases durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld gebildet, das zwischen einer Kathode und einer Anode angewendet wird. Sobald die Argonströmung auf ein Hochtemperaturplasma ionisiert ist, kann Silicium in Pulverform von einem Vorratsbehälter in den Plasmastrahl mit zugeführt werden. Das Silicium schmilzt innerhalb der Strahlzone und das geschmolzene Silicium kann in Richtung zu einem wassergekühlten Schmelztiegel oder auf einen wachsenden kristallinen Siliciumkörper gerichtet werden. Fließfähige Siliciumspäne in dem geeigneten Größenbereich für den Plasmabrennerhohlraum können als die Siliciumquelle für ein solches Verfahren verwendet werden.
Die fließfähigen Späne können in Elektronenstrahlschmelzverfahren verwendet werden, wie beispielsweise denen, die in US-Patent 5,454,424 und JP 62260710 offenbart sind. Ein Beispiel eines Elektronenstrahlschmelzverfahrens enthält das Schmelzen polykristallinen Siliciums durch Abtasten desselben mit einem Elektronenstrahl und Gießen des sich ergebenden geschmolzenen Siliciums gemäß einem der hierin beschriebenen Gießverfahren. Das polykristalline Silicium kann fließfähige Späne enthalten.
Die fließfähigen Späne können ebenfalls in einem Wärmetauscherverfahren (HEM) verwendet werden. Ein HEM-Schmelzofen kann eine Kammer enthalten, die einen Schmelztiegel, umgeben von einem Wärmeelement mit einem Heliumwärmetauscher, verbunden mit dem Boden des Schmelztiegels, enthält. Polykristallines Silicium ist oben auf einem Impfkristall angeordnet, um den Schmelztiegel zu füllen. Die Kammer wird evakuiert und das Wärmeelement erwärmt, um das Silicium zu schmelzen. Der Impfkristall wird daran gehindert, durch das Strömen von Heliumgas durch den Wärmetauscher zu schmelzen. Der Gasstrom wird stufenweise erhöht unter Absenken der Temperatur des Wärmetauschers und Hervorrufen, dass das Silicium sich nach und nach verfestigt und ein Kristall von dem Impfkristall nach außen wächst. Die Temperatur des geschmolzenen Siliciums wird durch das Wärmeelement kontrolliert, jedoch wird die Temperatur des festen Kristalls unabhängig durch den Wärmetauscher kontrolliert. Eine zweifache Kontrolle des Erhitzens und des Kühlens gestattet die Kontrolle der Position und der Bewegung der Fest-Flüssig-Schnittstelle des Kristallbildungsverfahrens. HEM wird in „HEM Silicium", Kristallsysteme, Das National Laboratorium für erneuerbare Energien, Golden, Colorado, und in Frederick Schmid und Chandra P. Khattak „Kosten des Schneidens von Siliciumwafern für die Photovoltaik", Optische Spektren, Mai 1981, beschrieben.
Die fließfähigen Späne können ebenfalls im Schnur-Band-Verfahren, wie beispielsweise dem in US 4,689,109 offenbarten, verwendet werden. Ein Beispiel eines Schnur-Band-Verfahrens kann enthalten:

1) Ziehen zweier Schnüre und eines Kristallkerns vertikal durch eine flache Siliciumschmelze, und
2) Trocknen der Schnur und des Kristallkerns mit geschmolzenem Silicium und Füllen des Raumes zwischen den Schnüren, und
3) Abkühlen des Produkts nach Schritt 2), um ein Siliciumband zu bilden.

Das Schnur-Band-Verfahren ist kontinuierlich, und die Schmelze kann anfänglich beladen und wiederbeladen werden unter Verwendung von fließfähigen Spänen.
Die fließfähigen Späne können ebenfalls in Verfahren zum Gießen von Silicium auf ein Substrat verwendet werden, wie beispielsweise den Verfahren, die in US-Patenten 4,095,329, US 4,323,419, US 4,447,289 , US 4,519,764 , US 4,561,486 , US 5,161,717 und US 5,178,840 , DE 3210492 , EP 0 079 567 und JP 6168898 offenbart sind. Ein Beispielverfahren enthält:

1) das Schmelzen polykristallinen Siliciums, um eine Lache von geschmolzenem Silicium in einem Schmelztiegel vorzusehen,
2) das Aufbringen des geschmolzenen Siliciums aus dem Schmelztiegel auf ein Substrat, wobei ein Siliciumwafer gebildet wird. Das Substrat kann hinter das geschmolzene Silicium bewegt werden, beispielsweise kann das Substrat eine sich drehende Waferspannvorrichtung sein oder ein anderes sich bewegendes Substrat. Alternativ kann das Substrat feststehend sein und das geschmolzene Silicium kann darauf verteilt werden. Fließfähige Späne können zum Beladen oder Wiederbeladen des Schmelztiegels oder zu beidem verwendet werden.

Die fließfähigen Späne können ebenso im Sinterverfahren verwendet werden, wie beispielsweise denen, die in US-Patenten 5,006,317 und 5,499,598 offenbart sind. Ein Beispiel eines Sinterverfahrens enthält:

1) das Befüllen eines Gefäßes mit polykristallinen Siliciumstücken,
2) das lokale Erhitzen des Gefäßes in einem lokalen Erwärmungsbereich, um einen Teil der polykristallinen Siliciumstücke zu schmelzen, um einen Sinterabschnitt und einen geschmolzenen Abschnitt zu bilden, und
3) Bewegen des lokalen Erwärmungsbereichs in der Richtung der Längsachse des Gefäßes, um abwechselnd ein Verfestigen des geschmolzenen Abschnitts, Schmelzen des Sinterabschnitts und Bilden eines neuen Sinterabschnitts, dabei Ausbilden eines Siliciumblocks innerhalb des Gefäßes hervorzurufen.

Die fließfähigen Späne können in verschiedenen Kristallziehverfahren verwendet werden, wie beispielsweise denen, die in Kristallwachstum, herausgegeben von Brian R. Pamplin, Kapitel 13 „Kristallziehen", Pergamon Press, Ltd., Oxford, 1975, Seiten 497–555, offenbart sind. Diese enthalten CZ-Verfahren unter Verwendung eines Schmelztiegels und schmelztiegelfreie Verfahren, wie beispielsweise ein Basis-, ein Kaltofen- und Kaltschmelztiegelverfahren. Andere Kaltschmelztiegelverfahren sind durch T.F. Ciszek „Einige Anwendungen einer Kaltschmelztiegel-Technologie für die Herstellung von Silicium-Photovoltaik-Material", Journal der Eletrochemischen Vereinigung, Ausgabe 132, Nr. 4, April 1985, offenbart.
Die Offenbarungen der Verfahren zur Verwendung polykristallinen Siliciums in den US-Patenten 3,998,686, US 4,002,274, US 4,095,329 , US 4,176,166 , US 4,312,700 , US 4,323,419 , US 4,382,838 , US 4,394,352 , US 4,447,289 , US 4,519,764 , US 4,557,795 , US 4,561,486 , US 4,572,812 , US 4,661, 324 , US 4,689,109 , US 4,968,380 , US 5,006,317 , US 5,080,873 , US 5,098,229 , US 5,161,717 , US 5,178,840 , US 5,229,082 , US 5,242,667 , US 5,254,300 , US 5,431,869 , US 5,454,424 , US 5,462,010 , US 5,488,924 , US 5,499,598 , US 5,510,095 , US 5,492,079 , US 5,690,733 , US 5,762,491 , US 5,868,835 , US 5,902,395 und US 6,217,649 werden hiermit durch Bezugnahme einbezogen. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass fließfähige Späne zusätzlich zu oder anstelle von Siliciumausgangsmaterialien und Wiederbeladematerialien, die hierin beschrieben sind, ebenso in irgendeinem anderen bekannten Verfahren für das Bearbeiten von polykristallinen Silicium verwendet werden können.
Zuführsysteme
Die fließfähigen Späne können ebenfalls anstelle von Körnchen in Zuführsystemen, die dazu bestimmt sind, Körnchen zuzuführen, verwendet werden. Die fließfähigen Späne können in Zuführsystemen verwendet werden, enthaltend Volumenzuführsysteme, Behälterzuführsysteme, Bandwaagenzuführsysteme, Schwingungszuführsysteme, Spanstrahlzuführsysteme, pneumatische Transportzuführsysteme, Stauströmungs-Förderlanzen-Zuführsysteme, Drehscheibenzuführsysteme oder Förderschneckenzuführsysteme.
Beispiele von Volumenzuführsystemen sind offenbart in Fickett, B. und Mihalik, G. Ökonomische Zuführeinrichtung für das Wiederbeladen und „Draufsetzen"', Journal des Kristallwachstums, Siemens Solar Industries, Ausgabe 211, 2000, Seiten 372–377, US-Patenten 3,998,686, US 5,080,873 und US 5,762,491 und JP 62-260791. Beispiele von Behälterzuführsystemen sind offenbart in US-Patenten 4,394,352, US 4,557,795, US 5,229,082 und US 5,488,924 . Beispiele von Bandwaagenzuführsystemen sind in US-Patent 6,217,649 offenbart. Beispiele von Schwingungszuführsystemen sind in US-Patent Nr. 5,462,010 und JP 02-617197 B2 offenbart. Beispiele von Spanstrahlzuführsystemen sind in US-Patent 4,661,324 offenbart. Beispiele von pneumatischen Transportzuführsystemen sind in US-Patenten 4,968,380 und 5,098,229 offenbart. Beispiele von Stauströmungs-Förderlanzen-Zuführsystemen sind in US-Patenten 5,690,733, US 5,868,835 und US 5,902,395 offenbart. Beispiele von Drehscheibenzuführsystemen sind in US-Patenten 4,002,274 und 5,242,667 offenbart. Beispiele von Förderschneckenzuführsystemen sind offenbart in Daud, T. und Kachare, A., Moderne Czochralski-Siliciumwachstums-Technologie für Photovoltaikmodule, DOE/JPL-1012-70, Distributionskategorie UC-63b, 5101-2-7 Flachplatten-Solarfeld-Project, JPL Veröffentlichung 82–35, 15. September 1982. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass die hierin offenbarten fließfähigen Späne in jeder anderen bekannten und geeignet dimensionierten Zuführeinrichtung zum Behandeln polykristallinen Siliciums verwendet werden können.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung einem Fachmann auf dem Gebiet veranschaulichen.
Beispiel 1
WC, Co, GC-712 (General Carbide Corp. Pulver, enthaltend 12 % Kobalt und 88 % WC and mit einer Teilchengröße von 0,6 Mikrometern) und gesinterte WC/Co-Pulver werden auf Kunststoff gesprüht. Das Anfangsgewicht des Pulvers wird aufgezeichnet. Eine Eriez^®-Seltene-Erden-Magnetplatte wird über jedes Pulver mit einem Abstand von weniger als 2 Millimetern hinüberbewegt. Das Endgewicht des Pulvers wird aufgezeichnet. Die Ergebnisse stehen in Tabelle 1.
Tabelle 1
Beispiel 1 zeigt, dass Verunreinigungen von den polykristallinen Siliciumstücken unter Verwendung eines Magneten entfernt werden können. Insbesondere können WC/Co-Verunreinigungen, die durch den Backenbrecher in 4 eingebracht werden, unter Verwendung des Verfahrens nach Beispiel 1 entfernt werden.
Beispiel 2
Vier Beispiele von fließfähigen Spänen werden durch das folgende Verfahren hergestellt. Polykristallines Siliciummaterial mit U-Stabform wird von einem kaltwandigen Siemens-Typ-Vakuumglockenreaktor erhalten. Nach dem Entfernen des Kohlenstoffsockelendes wird Silicium in U-Stabform in 10–15 Zentimeter (cm) große Stücke zerbrochen unter Verwendung eines kontaminationsarmen Schlagwerkzeugs auf einem Polyethylentisch. Die sich ergebenden Siliciumbrocken werden dem Backenbrecher 400, der in 4 gezeigt ist, zugeführt. Die Breite des Auslassschlitzes wird auf 15 mm beim Abstand der dichtesten Näherung begrenzt. Sobald die polykristallinen Siliciumstücke durch den Auslassschlitz 418 hindurchtreten, treten sie durch eine Luftflugstaub-Sammelzone hindurch, die das Entfernen von Staub von den polykristallinen Siliciumstücken bewirkt. Die sich ergebenden polykristallinen Siliciumstücke werden in einem polyethylen-ausgekleideten Behälter gesammelt.
Die gesammelten polykristallinen Siliciumstücke werden dann wiederum zerkleinert unter Verwendung desselben Zubehörs. Nach dem Zerkleinerungsschritt werden die gesammelten polykristallinen Siliciumstücke zu einem UHMWPE-Sammelbehälter transferiert, der dahingehend wirkt, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Siliciumstücke reguliert wird und diese auf den Stufenbodenklassierer 500, gezeigt in den 2 bis 5, zugeführt werden. Sowohl der Vorratsbehälter 502 als auch der Stufenbodenklassierer 500 werden an einem Schwingungstisch 501 befestigt, dessen Betätigung das Bewegen der polykristallinen Siliciumstücke hervorruft. Die Böden werden eingestellt, um den nominellen Produktgrößenbereich zwischen 1 mm und 12 mm aufrecht zu erhalten. Polykristalline Siliciumstücke, die größer als 12 mm in der Länge sind, werden aus dem Produkt aussortiert und zurückgesandt zu dem Zerkleinerungsvorgang für einen zusätzlichen Zerkleinerungsdurchgang, in dem das zerkleinert Material vermischt wird mit polykristallinen Siliciumstücken, die einem Zerkleinerungsdurchgang ausgesetzt wurden. Dieses Vorgehen wird mehrere Male wiederholt, bis eine Menge von 300 Kilogramm (kg) polykristalliner Siliciumstücke erhalten wird. Während des Verlaufs der Bearbeitung werden vier Proben der polykristallinen Siliciumstücke in säuregereinigten PTFA-Behältern gesammelt. Diese Proben werden einer Analyse nach Oberflächenmetallen unterzogen, gemäß dem Verfahren nach US-Patent 5,851,303. Die sich ergebende Reinheit des Siliciums wird unten in Tabelle 2 wiedergegeben. Die kontrollierte Teilchengrößenverteilung jeder Probe der polykristallinen Siliciumstücke liegt bei 1 bis 12 mm.
Tabelle 2 – Reinheit in ppba
Beispiel 3
Polykristalline Silicium-U-Stäbe werden von einem kaltwandigen Siemens-Typ-Vakuumglockenreaktor erhalten. Nach dem Entfernen des Kohlenstoffsockelendes wird das Silicium in U-Stabform in 4-Zoll große Stücke gebrochen unter Verwendung eines kontaminationsarmen Schlagwerkzeugs auf einem Polyethylentisch. Die sich ergebenden polykristallinen Siliciumbrocken werden dem Backenbrecher 400, gezeigt in 4, zugeführt. Die Breite des Auslassschlitzes 418 wird begrenzt auf 15 mm im Abstand der dichtesten Näherung. Sobald die polykristallinen Siliciumstücke durch den Auslassschlitz 418 hindurchtreten, treten sie durch eine Luftflugstaub-Sammelzone hindurch, die zum Entfernen von Staub von den polykristallinen Siliciumstücken wirkt. Die polykristallinen Siliciumstücke gelangen in einen mit Polyethylen ausgekleideten Behälter. Die gesammelten polykristallinen Siliciumstücke werden wiederum unter Verwendung desselben Zubehörs zerkleinert. Nach dem Zerkleinerungsschritt werden die sich ergebenden gesammelten polykristallinen Siliciumstücke zu einem UHMWE-Vorratsbehälter transferiert, der bewirkt, dass die Strömungsgeschwindigkeit der polykristallinen Siliciumstücke zu dem Stufenbodenklassierer 500 in 5 reguliert wird. Die Böden sind justiert, um eine nominelle Produktgrößenverteilung zwischen 1 mm und 12 mm beizubehalten. Eine Menge von 40 kg polykristallinen Siliciums wird bearbeitet. Massenverunreinigungen (Bor, Gesamtdonator, Kohlenstoff, Phosphor, Eisen, Nickel, Kupfer und Chrom) und Oberflächenverunreinigungen (Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom, Natrium und Zink) werden gemessen. Für die Oberflächenreinheitsanalyse werden vier Proben polykristalliner Siliciumstücke in säuregereinigten PTFA-Behältern gesammelt.
Diese Proben werden auf Massenverunreinigungen und Oberflächenverunreinigungen analysiert. Die Massenmetallwerte werden erhalten unter Verwendung eines Säureaufschlusses einer ausgefrorenen Spitze von einem geätzten in Fließzonen aufgeteilten Kern. Der Kern wird aus einem polykristallinen Siliciumstab herausgenommen. Das Vorgehen zum Erhalt von Massenmetallwerten wird in US-Patent 4,912,528 beschrieben. Die Metallkonzentration wird von dem Analyt gemessen unter Verwendung einer Atomabsorption.
Kohlenstoff wird von dem in Fließzonen aufgeteilten Kern gemessen. Eine Scheibe wird von dem Kern abgenommen. Die Scheiben werden geläppt und poliert. Eine Fourier-Transformationsinfrarotspektroskopie wird verwendet, um die Kohlenstoffkonzentration in dem Silicium zu messen.
Phosphor, Bor, Aluminium und Arsen werden von dem in Fließzonen aufgeteilten Kern gemessen unter Verwendung einer Technologie, die als dispersive Photolumineszenz (PL) bekannt ist. Mit diesem Test wird eine einzige Kristallscheibe aus dem in Fließzonen aufgeteilten Kern chemisch poliert. Während des Kühlens der Scheibe auf die Temperatur von flüssigem Helium wird ein Argonlaser verwendet, um eine Photonenemission in der Probe hervorzurufen. Die gemessene Intensität der Emission von Rekombinationselektronenlochpaaren wird verwendet, um die Konzentration dieser Verunreinigungen zu bestimmen.
Der Donator ist ein berechneter Wert, der aus der Messung des Widerstandes des Siliciumkerns bestimmt werden kann.
Oberflächenverunreinigungen werden durch das Verfahren im US-Patent 5,851,303 gemessen. Die sich ergebende Reinheit des Siliciums wird unten in Tabellen 3 und 4 angegeben. Die kontrollierte Teilchengrößenverteilung jeder Probe der polykristallinen Siliciumstücke liegt bei 1 bis 12 mm. Tabelle 3 – Massenverunreinigungen

Tabelle 4 – Oberflächenverunreinigungen in ppba

400: Backenbrecher
401: Rahmenanordnung
402: feststehende Backenplatte
403: bewegliche Backenplatte
404: Backenhohlraum
405: Pitman-Halteanordnung
406: Pitman-Lagerung
407: exzentrische Welle
408: Zugstangenstift
409: Schwungrad
410: Motor
411: Riemen
412: Basis
413: Zugstange
414: Justierrad
415: äußeres Federlager
416: Zugfeder
417: inneres Federlager
418: Auslassschlitz
419: Keiljustierstange
420: Justierrad
421: Querstange 421
422: Justierkeil
423: Lagerkeil
424: Kniegelenkplatte
425: Vorratsbehälter
500: Stufenbodenklassierer
501: Schwingsmotoranordnung
502: Einlass
503: Wirbelschichtbereich
504: Luftstrom, gezeigt durch Pfeile
505: perforierte Platte
506: profilierter Bereich
507: Spalt
508: Transportband
509: Sammelbehälter
510: zweiter Boden
511: Einlassende des zweiten Bodens
512: Nuten
513: Brocken
514: Scherbe
515: Flocke
516: Spalt
517: dritter Boden
518: Auslassende des zweiten Bodens
519: Kämme
520: Mulden
521: Boden
522: Spalt
523: Boden
524: Spalt
525: Boden
526: Sammelbehälter
527: Sammelbehälter
528: Waagen
530: Seitenwandungen
531: erster Boden
532: Staubsammler
533: Boden
534: Spalt

Claims

Vorrichtung enthaltend: I) eine Schwingungsmotoranordnung (501) und II) einen Stufenbodenklassierer (500), befestigt an der Schwingungsmotoranordnung, worin der Stufenbodenklassierer (500) enthält: i) einen ersten Boden (531), enthaltend a) ein Einlassende (502) des ersten Bodens (531) zu einem profilierten Bereich (506), b) wobei der profilierte Bereich (506) an oder nahe dem Einlassende (502) des ersten Bodens (531) beginnt, wobei jede Nut (512) Kämme (519) und Mulden (520) umfasst und c) ein Auslassende des ersten Bodens (531), wobei das Auslassende des ersten Bodens (531) so gewinkelt ist, dass die Kämme (519) der Nuten (512) sich weiter nach außen über einen ersten Spalt (507) zwischen dem ersten Boden (531) und einem Endboden (525) erstrecken als die Mulden (520) der Nuten (512), und ii) der Endboden (525), stromabwärts von dem ersten Spalt (507) und unterhalb des ersten Bodens (531) angeordnet ist, wobei der Endboden (525) enthält a) ein Einlassende des Endbodens (525), b) einen profilierten Bereich (506), der am oder nahe dem Einlassende des Endbodens (525) beginnt, worin jede Nut (512) Kämme (519) und Mulden (520) umfasst und c) ein Auslassende des Endbodens (525), iii) einen Sammelbehälter (526) unter dem ersten Spalt zum Sammeln von Gegenständen, die durch den ersten Spalt (507) fallen und iv) einen Überkorn-Sammelbehälter (527) unter dem Auslass zum Sammeln von Gegenständen, die nicht durch den ersten Spalt (507) fallen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter enthaltend einen zusätzlichen Boden zwischen dem ersten Boden (531) und dem Endboden (525), worin der zusätzliche Boden umfasst: a) ein Einlassende des zusätzlichen Bodens, b) einen profilierten Bereich (506), der an oder nahe dem Einlassende des zusätzlichen Bodens beginnt, worin jede Nut (512) Kämme (519) und Mulden (520) umfasst und c) ein Auslassende des zusätzlichen Bodens, wobei das Auslassende des zusätzlichen Bodens so gewinkelt ist, dass die Kämme der Nuten (512) sich weiter nach außen über einen zusätzlichen Spalt an dem Auslassende des zusätzlichen Bodens erstrecken als die Mulden (520) der Nuten (512).
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter enthaltend eine Waage (528) unter iii) dem Sammelbehälter (526).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher der Stufenbodenklassierer (500) weiter ein Staubentfernungssystem (532) umfasst, angeordnet stromaufwärts von dem ersten Spalt (507).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Gegenstände polykristalline Siliciumstücke sind.
Verfahren enthaltend: a) Zerkleinern von polykristallinen Siliciumstäben, b) Sortieren des Produkts von Schritt a) unter Verwendung eines Stufenbodenklassierers (500), wie in Anspruch 1 definiert, um eine kontrollierte Teilchengrößenverteilung zu erhalten und c) Entfernen von Verunreinigungen aus dem Produkt aus Schritt a), Schritt b) oder beiden.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Schritt a) ausgeführt wird durch ein Verfahren enthaltend die Verwendung eines Backenbrechers (400).
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem Schritt c) ausgeführt wird durch ein Verfahren enthaltend das Aussetzen des Produkts nach Schritt b) einem magnetischen Feld.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem Schritt c) ausgeführt wird durch ein Verfahren enthaltend das Oberflächenreinigen des Produkts nach Schritt b).