EP2414566A1 - Tiegel zur halbleiterherstellung geeigneten silizium - Google Patents

Tiegel zur halbleiterherstellung geeigneten silizium

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Publication number
EP2414566A1
EP2414566A1 EP10703863A EP10703863A EP2414566A1 EP 2414566 A1 EP2414566 A1 EP 2414566A1 EP 10703863 A EP10703863 A EP 10703863A EP 10703863 A EP10703863 A EP 10703863A EP 2414566 A1 EP2414566 A1 EP 2414566A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
side walls
crucible
parts
silicon
crucible according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10703863A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Wagner
Florian Arzberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HC Starck GmbH
Original Assignee
HC Starck GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HC Starck GmbH filed Critical HC Starck GmbH
Publication of EP2414566A1 publication Critical patent/EP2414566A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/02—Elements
    • C30B29/06—Silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C30B35/002—Crucibles or containers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T117/00—Single-crystal, oriented-crystal, and epitaxy growth processes; non-coating apparatus therefor
    • Y10T117/10—Apparatus
    • Y10T117/1024—Apparatus for crystallization from liquid or supercritical state
    • Y10T117/1032—Seed pulling

Definitions

  • the present invention relates to sintered bodies of inorganic materials, in particular nitride-bonded silicon nitride.
  • inorganic materials in particular nitride-bonded silicon nitride.
  • One use is the replacement of the kiln furniture graphite, for the production of a silicon nitride kiln, which is used in the production of Si 3 N 4 components, on the other hand for non-ferrous melts, such as aluminum and silicon melts.
  • Si 3 N 4 components crucibles and plates made of graphite are currently used.
  • the furnace atmosphere is largely responsible. Since Si 3 N 4 tends to react with the graphite carbon, the inner walls and graphite graphite plates are preferably coated with expensive boron nitride to suppress this reaction.
  • Arteigene kiln furniture such as crucibles or plates of silicon nitride for the production of components of silicon nitride, are therefore preferred. Quartz crucibles, which can only be used once, are currently used in photovoltaics and for drawing silicon single crystals.
  • the present invention seeks to provide multiple-use crucibles for increased economy compared with a conventional quartz crucible.
  • silicon nitride crucibles One-piece free-standing crucibles, however, have a problem that they can crack during use because, like many ceramic materials, silicon nitride is sensitive to tensile stress.
  • the crucible does not always have to close tightly, but only when the silicon melt is present, since the gap of the joint gap only has to be small enough to prevent penetration of the powder bed.
  • there need not be complete sealing because liquid silicon differs from other wetting and surface tension fluids, such as wetting and surface tension. Water behaves, so that narrow, unclosed joining gaps in the crucible, which act as expansion joints and thus can prevent tearing, do not allow the outflow of silicon.
  • the invention is therefore based on the idea of joining a crucible of individual plates in such a way that the joining gaps are only separated by the
  • the invention is based on the idea that the joining gap does not have to be completely closed when the molten silicon occurs, but it is sufficient if this joint gap is narrow and long enough that the liquid silicon can not escape due to its wetting behavior and its surface tension , As a result, the plates are not mutually pressurized by their own thermal expansion and thus create undesirable tensile stresses, resulting in the crack or breakage of the crucible or of Lead crucible parts. This has the effect that the crucibles according to the invention can be reused several times.
  • the invention thus relates to a crucible for the production of silicon suitable for semiconductor production, wherein the crucible is constructed from a plurality of components and has at least one unlocked joint gap.
  • the joint gap has at the maximum use temperature in the range of 1400 0 C to 1600 0 C, a width of generally about 0.05 mm to 0.5 mm, advantageously in particular 0.1 mm to 0.2 mm.
  • the joint gap can have different shapes in plan view, in the simplest case as a blunt joint, but advantageously as a miter cut (50), undercut (60), dovetail or modifications of a dovetail joint (70), as a tongue and groove joint or as modifications of a Tongue and groove connection be executed. Versions of these joint gaps are shown in FIG.
  • a compound is sufficient as a blunt joint or right-angled joints.
  • the more complex designs of joining gaps are advantageous.
  • the components of the crucible are held according to the invention by a support cage in the desired shape.
  • the side walls and / or floor parts can be made in one or more parts and advantageously also be interconnected via joining gaps.
  • the multi-part design of each of the individual side walls and bottom parts is advantageous for larger crucibles, especially in the commercially desirable sizes with basic dimensions in the range of about 70 cm x 70 cm to about 90 cm x 90 cm.
  • the multiple division of the crucible walls and the bottom allows the required total expansion to be distributed over a plurality of joint gaps, so that the joint gaps at room temperature are not too large and thus prevent ingress of the starting materials, which may be present, for example, as a powder or granular bed.
  • the adaptation of the shape and width of the joint gaps can be made taking into account the materials used for crucible and support cage, the particle sizes occurring in the powder bed and the size of the crucible in a simple manner.
  • this support cage can be made of any material which, at the high temperatures suitable for melting silicon, does not impair its mechanical stability and does not release volatile impurities. Due to the different expansion behavior of the components of the crucible and the support cage, if they consist of different materials, the gap is a function of the thermal expansion coefficients of both materials. Suitable materials for the support cage are, for example, graphite or molybdenum.
  • the support cage can be designed both monolithic and multi-part.
  • the crucible can be composed of planar elements which are placed in a graphite crucible, which is preferred.
  • a frame of L-shaped profiles can be used to hold the planar elements.
  • the invention relates to crucibles for the production of silicon suitable for semiconductor production, comprising a support cage (1), at least one bottom element (2) and two side walls (3) and two side walls (4) in alternating sequence, at least two side walls (4 ) are arranged on at least one edge so that they form a positive connection with the side wall (3), wherein all side walls (3) and (4) sit flush on the bottom element and so together form a cavity (5) and all bottom elements and Side walls are in contact with the support cage and held by this in shape.
  • Figure 1 shows such a crucible according to the invention.
  • the side walls (3) and side walls (4) may each also have the same shape.
  • the crucible according to the invention can also be designed such that at least two side walls (4) have steps on at least one edge, which grip over an edge of at least one side wall (3) and form a positive engagement with the edge of the side wall (3). It can the side walls (3) and side walls (4) are connected to each other via a miter cut.
  • the edges of the side walls (3) and / or side walls (4) may be cut off such that a cavity (5) is formed between the corner formed by the side walls (3) and (4) and the corner of the support cage (1).
  • the surfaces of the side walls (3) and (4) may be flush-mounted on the bottom element (2) and at an angle to the surface normal such that the wall elements form an isosceles trapezoid, the upper and lower side edges being parallel to each other and the side edges make congruent angles.
  • the side walls (3) and (4) and the bottom element (2) are assembled without the use of a sealant.
  • the two side walls (3) and two side walls (4) are arranged in alternating sequence if at least two side walls (4) have steps on two opposite edges, each over one edge a side wall (3) engage and form a positive connection with the edge of the side wall (3).
  • Floor element (2) consists of several bottom parts and / or the side walls (3) consist of several side parts (30).
  • the side walls (4) may also consist of several side parts (40).
  • the bottom parts (20) and / or side parts (30) and / or side parts (40) of the bottom element (2) and the side walls can each be connected to each other via a butt joint, a miter cut (50), a Undercut (60) or modifications of a dovetail joint
  • the support cage may be a graphite crucible. Especially advantageous are all
  • NSN Nitride bonded silicon nitride
  • the invention also relates to a method for producing a crucible for the production of silicon suitable for semiconductor production as described above, comprising the steps:
  • the powder mixture advantageously contains from 20 to 35% by weight of silicon powder, based on the inorganic solids content of the powder, from 80 to 65% by weight of silicon nitride powder having a particle size distribution with D50 ⁇ 1.0 ⁇ m, based on the inorganic solids content of the powder, and at least one organic binder in an amount of from 3 to 10% by weight of the organic solids of the powder mixture.
  • the green bodies may generally be formed by conventional ceramic molding techniques such as wet pressing, slip casting or, advantageously, by dry pressing.
  • the resulting side walls (3), (4), bottom elements (2), side parts (30), (40) or bottom parts (20) are subsequently arranged in the support cage (1) in such a way that that the parts give the crucible.
  • the invention also relates to a process for the production of silicon suitable for semiconductor production, which comprises the steps:
  • the walls of the crucible may be at least partially insulated with graphite or carbon.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Sinterkörper zur Herstellung für die Herstellung von Tiegeln für die Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, wobei der Tiegel aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist und mindestens einen unverschlossenen Fügespalt aufweist.

Description

TIEGEL ZUR HALBLEITERHERSTELLUNG GEEIGNETEN SILIZIUM
Die vorliegende Erfindung betrifft Sinterkörper aus anorganischen Materialien, insbesondere nitridgebundenem Siliziumnitrid. Für Tiegel aus reinem Siliziumnitrid gibt es im Wesentlichen zwei
Einsatzmöglichkeiten. Eine Verwendung ist der Ersatz des Brennhilfsmittels Graphit, für die Herstellung eines Brennhilfsmittels aus Siliziumnitrid, welches bei der Produktion von Si3N4-Bauteilen eingesetzt wird, zum anderen für Nichteisenschmelzen, wie zum Beispiel Aluminium- und Siliziumschmelzen. Bei der Herstellung von Si3N4-Bauteilen werden derzeit Tiegel und Platten aus Graphit eingesetzt. Für die Qualität des Sinterprodukts ist im hohen Maß die Ofenatmosphäre mit verantwortlich. Da Si3N4 dazu neigt, mit dem Kohlenstoff des Graphits zu reagieren, werden die Innenwände und Brennplatten aus Graphit bevorzugt mit teurem Bornitrid beschichtet, um diese Reaktion zu unterdrücken. Arteigene Brennhilfsmittel, wie Tiegel bzw. Platten aus Siliziumnitrid für die Herstellung von Bauteilen aus Siliziumnitrid, sind daher bevorzugt. In der Photovoltaik als auch zum Ziehen von Siliziumeinkristallen werden derzeit Tiegel aus Quarz eingesetzt, welche nur einmal verwendet werden können. Mit der vorliegenden Erfindung werden Tiegel für eine mehrfache Verwendung angestrebt, um eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit im Vergleich mit einem herkömmlichen Quarztiegel zu erreichen.
Eine Lösung für dieses Problem wären Tiegel aus Siliziumnitrid. Freistehende Tiegel aus einem Stück weisen jedoch das Problem auf, dass diese während der Verwendung reißen können, da Siliziumnitrid wie viele keramische Materialien gegen Zugbeanspruchung sensibel ist.
Die Herstellung von freistehenden Tiegeln der kommerziell gewünschten Größe von ca. 70 cm x 70 cm bis ca. 90 cm x 90 cm im Grundmaß ist außerdem schwierig, da bei derart sperrigen Grünkörpern die Brennöfen stark überdimensioniert werden müssen. WO 2007/148986 und WO 2007/148987 zeigen freistehende Tiegel aus Siliziumnitrid und ein Verfahren zur Herstellung. Diese Schriften adressieren das obige Problem der schwierigen Herstellbarkeit, indem die Tiegel aus mehreren ineinandergreifenden Platten vor dem Brennen zusammengesetzt und mit einer arteigenen, dünnflüssigen Paste abgedichtet werden, welche zusammen nach einem Reaktionsbrand einen frei stehenden Tiegel aus Einzelplatten ergeben. Durch die hohe Steifigkeit der Tiegeleckkanten besteht bei dieser Bauweise jedoch die Gefahr, dass der Kantenbereich unter Zugspannung gerät und Risse entstehen können.
Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung neuartige Tiegel bereitzustellen, welche in kostengünstiger weise hergestellt werden können, wobei insbesondere in herkömmlichen Öfen ohne großes Totvolumen gearbeitet werden kann und wobei gleichzeitig das Reißen der Tiegel bei der Benutzung vermieden werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch Tiegel gemäß der Patentansprüche. Es wurde bisher angenommen, dass die Tiegel stets dicht verschlossen sein müssen um ein Ausfließen des verflüssigten Siliziums und damit einen Verlust oder eine Verunreinigung zu verhindern, was entweder über eine besondere Abdichtung der Spalten oder aber ein dichtes Aneinanderfügen von Siliziumnitridplatten bewirkt werden muss. Es wurde nun überraschend gefunden, dass diese nicht erforderlich ist. Zum Ersten muss der Tiegel nicht stets, sondern erst bei Vorliegen der Siliziumschmelze dicht schließen, da das Spaltmaß des Fügespaltes lediglich klein genug sein muss um ein Eindringen der Pulverschüttung zu verhindern. Zum Zweiten muss keine vollständige Abdichtung vorliegen, da flüssiges Silizium sich durch sein Benetzungsverhalten und seine Oberflächenspannung anders als andere Flüssigkeiten wie z.B. Wasser verhält, so dass schmale, unverschlossene Fügespalten im Tiegel, welche gleichsam als Dehnungsfugen wirken und so das Reißen verhindern können, kein Ausfließen des Siliziums ermöglichen. Der Erfindung liegt daher der Gedanke zu Grunde, einen Tiegel aus einzelnen Platten so aneinanderzufügen, dass sich die Fügespalten erst durch die
Wärmeausdehnung des Materials schließen und so auftretende mechanische Spannungen, die zum Bruch des Tiegels führen können, vermieden werden. Weiter liegt der Erfindung der Gedanke zu Grunde, dass der Fügespalt beim Auftreten des geschmolzenen Siliziums nicht vollständig geschlossen sein muss, sondern es ausreichend ist, wenn dieser Fügespalt eng und lang genug ist, dass das flüssige Silizium durch sein Benetzungsverhalten und seine Oberflächenspannung nicht austreten kann. Hierdurch wird bewirkt, dass die Platten sich durch die eigene Wärmeausdehnung nicht gegenseitig unter Druck setzen und so unerwünschte Zugbeanspruchungen erzeugen, welche zum Riss bzw. Bruch des Tiegels oder von Tiegelteilen führen. Hierdurch wird bewirkt, dass die Tiegel gemäß der Erfindung mehrfach wiederverwendet werden können.
Die Erfindung betrifft somit einen Tiegel zur Herstellung von für die Herstellung von für die Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, wobei der Tiegel aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist und mindestens einen unverschlossenen Fügespalt aufweist. Der Fügespalt hat bei der maximalen Einsatztemperatur im Bereich von 14000C bis 16000C eine Breite von im Allgemeinen etwa 0,05 mm bis 0,5 mm, vorteilhaft insbesondere 0,1 mm bis 0,2 mm. Der Fügespalt kann in der Draufsicht verschiedene Formen aufweisen, im einfachsten Fall als stumpfer Stoß, vorteilhaft jedoch als Gehrungsschnitt (50), Hinterschnitt (60), Schwalbenschwanz oder Abwandlungen einer Schwalbenschwanzverbindung (70), als Nut-und Feder-Verbindung oder als Abwandlungen einer Nut-und Feder-Verbindung ausgeführt sein. Ausführungen dieser Fügespalten sind Figur 3 abgebildet. Bei Tiegeln mit einer kleinen absoluten Ausdehnung ist eine Verbindung als stumpfer Stoß bzw. rechtwinklige Stoßstellen ausreichend. Bei größeren Tiegeln sind die komplexeren Ausführungen der Fügespalten vorteilhaft. Die Bauteile des Tiegels werden gemäß der Erfindung von einem Stützkäfig in der gewünschten Form gehalten. Hierbei können die Seitenwände und/oder Bodenteile ein- oder mehrteilig ausgeführt sein und vorteilhaft auch untereinander über Fügespalten verbunden sein. Die mehrteilige Ausführung jeweils der einzelnen Seitenwände und Bodenteile ist bei größeren Tiegeln vorteilhaft, insbesondere bei den kommerziell erwünschten Größen mit Grundmaßes im Bereich von etwa 70 cm x 70 cm bis etwa 90 cm x 90 cm. Die Mehrteilung der Tiegelwände und des Bodens erlaubt, dass sich die benötigte Gesamtausdehnung auf mehrere Fügespalten verteilt, so dass die Fügespalten bei Raumtemperatur nicht zu groß werden und somit ein Eindringen der Ausgangsstoffe vermieden werden, die beispielsweise als Pulver- oder Granulatschüttung vorliegen können. Die Anpassung der Form und Breite der Fügespalten kann unter Berücksichtigung der verwendeten Materialien für Tiegel und Stützkäfig, der in der Pulverschüttung auftretenden Teilchengrößen und der Größe des Tiegels in einfacher Weise vorgenommen werden.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung und der Vereinfachung des Aufbaus gegenüber dem Stand der Technik ist bei der vorliegenden Erfindung, dass der Tiegel bzw. die Wandungen des Tiegels nicht unbedingt zur mechanischen Stabilität der Konstruktion beitragen müssen, da diese in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung von einem Stützkäfig bewirkt werden kann. Dieser Stützkäfig kann im Prinzip aus allen Materialien hergestellt werden, welche bei den zum Schmelzen von Silizium geeigneten hohen Temperaturen keine Beeinträchtigung ihrer mechanischen Stabilität und keine Freisetzung flüchtiger Verunreinigungen zeigen. Aufgrund des unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens von den Bauteilen des Tiegels und des Stützkäfigs, wenn diese aus unterschiedlichen Materialien bestehen, ist das Spaltmaß eine Funktion der thermischen Ausdehnungskoeffizienten beider Materialien. Geeignete Materialien für den Stützkäfig sind beispielsweise Graphit oder Molybdän. Der Stützkäfig kann sowohl monolithisch als auch mehrteilig ausgeführt sein. Beispielsweise kann der Tiegel aus planaren Elementen zusammengesetzt werden, welche in einen Graphittiegel eingelegt werden, was bevorzugt ist. Vorteilhaft kann auch ein Rahmen aus L-förmigen Profilen verwendet werden um die planaren Elemente zu halten. Vorteilhaft betrifft die Erfindung Tiegel zur Herstellung von für die Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, bestehend aus einem Stützkäfig (1), mindestens einem Bodenelement (2) sowie zwei Seitenwänden (3) und zwei Seitenwänden (4) in alternierender Abfolge, wobei mindestens zwei Seitenwände (4) an mindestens einer Kante so beschaffen sind, dass sie mit der Seitenwand (3) eine formschlüssige Verbindung bilden, wobei alle Seitenwände (3) und (4) stumpf auf dem Bodenelement aufsitzen und so gemeinsam einen Hohlraum (5) bilden und alle Bodenelemente und Seitenwände in Kontakt mit dem Stützkäfig stehen und von diesem in Form gehalten werden. Figur 1 zeigt einen derartigen Tiegel gemäß der Erfindung. Im Tiegel gemäß der Erfindung können die Seitenwände (3) und Seitenwände (4) auch jeweils die gleiche Form besitzen.
Der Tiegel gemäß der Erfindung kann auch so ausgestaltet sein, dass mindestens zwei Seitenwände (4) Stufen an mindestens einer Kante aufweisen, welche über eine Kante mindestens einer Seitenwand (3) greifen und einen Formschluß mit der Kante der Seitenwand (3) bilden. Es können die Seitenwände (3) und Seitenwände (4) miteinander über einen Gehrungsschnitt verbunden sind.
Die Kanten der Seitenwände (3) und/oder Seitenwände (4) können derart abgeschnitten sein, dass zwischen der von den Seitenwänden (3) und (4) gebildeten Ecke und der Ecke des Stützkäfigs (1) ein Hohlraum (5) ausgebildet ist. Im Tiegel gemäß der Erfindung können die Flächen der Seitenwände (3) und (4) stumpf auf dem Bodenelement (2) aufsitzen und einen derartigen Winkel zur Flächennormalen aufweisen, dass die Wandelemente einen gleichschenkligen Trapezoiden bilden, wobei die oberen und unteren Seitenkanten parallel zueinander verlaufen und die Seitenkanten deckungsgleiche Winkel bilden.
Vorteilhaft sind die Seitenwände (3) und (4) und das Bodenelement (2) ohne Verwendung einer Dichtungsmasse zusammengefügt. Im Tiegel gemäß der Erfindung, der in Figur 1 abgebildet ist, sind die zwei Seitenwände (3) und zwei Seitenwände (4) in alternierender Abfolge angeordnet, wenn mindestens zwei Seitenwände (4) Stufen an zwei gegenüberliegenden Kanten aufweisen, welche über jeweils eine Kante einer Seitenwand (3) greifen und einen Formschluss mit der Kante der Seitenwand (3) bilden.
In Anbetracht der oben beschriebenen Größe der kommerziell gewünschten Tiegel (ca. 70 cm x 70 cm bis ca. 90 cm x 90 cm im Grundmaß) ist es sinnvoll, dass das
Bodenelement (2) aus mehreren Bodenteilen besteht und/oder die Seitenwände (3) aus mehreren Seitenteilen (30) bestehen.
In einem solchen Tiegel gemäß der Erfindung können die Seitenwände (4) ebenfalls aus mehreren Seitenteilen (40) bestehen. In Tiegeln gemäß der Erfindung können die Bodenteile (20) und/oder Seitenteile (30) und/oder Seitenteile (40) des Bodenelements (2) bzw. der Seitenwände jeweils untereinander verbunden sein über einen stumpfen Stoß, einen Gehrungsschnitt (50), einen Hinterschnitt (60) oder Abwandlungen einer Schwalbenschwanzverbindung
(70). Ein solcher Tiegel ist in Figur 2 abgebildet. Vorteilhaft kann es sich bei dem Stützkäfig um einen Graphittiegel handeln. Ganz besonders vorteilhaft bestehen alle
Teile aus nitridgebundenem Siliziumnitrid (NSN).
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines Tiegels für die Herstellung von für die Halbleiterherstellung geeignetem Silizium wie oben beschrieben, welches die Schritte aufweist:
- Mischen von Siliziumnitridpulver mit Siliziumpulver und gegebenenfalls organischen Bindemitteln, um eine Pulvermischung zu erhalten;
- Formen von Grünkörpern aus der Pulvermischung, welche die Seitenwände (3), (4), Bodenelemente (2), Seitenteile (30), (40) oder Bodenteile (20) ergeben; - gegebenenfalls mechanische Bearbeitung der Grünkörper;
- Wärmebehandlung der gegebenenfalls mechanisch bearbeiteten Grünkörper in einer Stickstoffatmosphäre, wobei die Grünkörper durch Nitridierung des Siliziumpulvers in stickstoffgebundenes Siliziumnitrid umgewandelt werden.
In dem Verfahren enthält die Pulvermischung vorteilhaft 20 bis 35 Gew.-% Siliziumpulver, bezogen auf den anorganischen Feststoffanteil des Pulvers, 80 bis 65 Gew.-% Siliziumnitridpulver einer Korngrößenverteilung mit D50 < 1 ,0 μm, bezogen auf den anorganischen Feststoffanteil des Pulvers, und mindestens einem organischen Bindemittel in einer Menge von 3 bis 10 Gew.-% der organischen Feststoffe der Pulvermischung.
Das Formen der Grünkörper kann allgemein durch übliche keramische Formgebungsverfahren wie Naßpressen, Schlickergießen oder vorteilhaft durch Trockenpressen erfolgen.
In diesem Verfahren zur Herstellung der Tiegel gemäß der Erfindung werden die erhaltenen Seitenwände (3), (4), Bodenelemente (2), Seitenteile (30), (40) oder Bodenteile (20) in dem Stützkäfig (1) anschließend derart angeordnet, dass die Teile den Tiegel ergeben.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von zur Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, welches die Schritte aufweist:
- Bereitstellen eines Tiegels nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14;
- Kristallisierung von zur Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, und optional auch metallurgisches Siliziummaterial in dem Tiegel.
In diesem Verfahren zur Herstellung von zur Halbleiterherstellung geeignetem Silizium können die Wandungen des Tiegels zumindest teilweise mit Graphit oder Kohlenstoff isoliert sein.

Claims

Patentansprüche:
1. Tiegel zur Herstellung von für die Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, wobei der Tiegel aus mehreren Bauteilen aufgebaut ist und mindestens einen unverschlossenen Fügespalt aufweist.
2. Tiegel zur Herstellung von für die Halbleiterherstellung geeignetem Silizium nach Anspruch 1 , bestehend aus einem Stützkäfig (1), mindestens einem Bodenelement (2) sowie zwei Seitenwänden (3) und zwei Seitenwänden (4) in alternierender Abfolge, wobei mindestens zwei Seitenwände (4) an mindestens einer Kante so beschaffen sind, dass sie mit der Seitenwand (3) eine formschlüssige Verbindung bilden, wobei alle Seitenwände (3) und (4) stumpf auf dem Bodenelement aufsitzen und so gemeinsam einen Hohlraum (5) bilden und alle Bodenelemente und Seitenwände in Kontakt mit dem Stützkäfig stehen und von diesem in Form gehalten werden.
3. Tiegel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Seitenwände (3) und Seitenwände (4) jeweils die gleiche Form besitzen.
4. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens zwei Seitenwände (4) Stufen an mindestens einer Kante aufweisen, welche über eine Kante mindestens einer Seitenwand (3) greifen und einen Formschluß mit der Kante der Seitenwand (3) bilden.
5. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Seitenwände (3) und Seitenwände (4) miteinander über einen Gehrungsschnitt verbunden sind.
6. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kanten der Seitenwände (3) und/oder Seitenwände (4) derart abgeschnitten sind, dass zwischen der von den Seitenwänden (3) und (4) gebildeten Ecke und der Ecke des Stützkäfigs (1) ein Hohlraum (5) ausgebildet ist.
7. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Flächen der Seitenwände (3) und (4), welche stumpf auf dem
Bodenelement (2) aufsitzen einen derartigen Winkel zur Flächennormalen aufweisen, dass die Wandelemente einen gleichschenkligen Trapezoiden bilden, wobei die oberen und unteren Seitenkanten parallel zueinander verlaufen und die Seitenkanten deckungsgleiche Winkel bilden.
8. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Seitenwände (3) und (4) und das Bodenelement (2) ohne Verwendung einer Dichtungsmasse zusammengefügt sind.
9. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zwei Seitenwänden (3) und zwei Seitenwänden (4) in alternierender Abfolge angeordnet sind, wobei mindestens zwei Seitenwände (4) Stufen an zwei gegenüberliegenden Kanten aufweisen, welche über jeweils eine Kante einer Seitenwand (3) greifen und einen Formschluß mit der Kante der Seitenwand (3) bilden.
10. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, wobei das
Bodenelement (2) aus mehreren Bodenteilen besteht.
11. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Seitenwände (3) aus mehreren Seitenteilen (30) bestehen.
12. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Seitenwände (4) aus mehreren Seitenteilen (40) bestehen.
13. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Bodenteile (20) und/oder Seitenteile (30) und/oder Seitenteile (40) des Bodenelements (2) bzw. der Seitenwände jeweils untereinander verbunden sind über einen stumpfen Stoß, einen Gehrungsschnitt (50), einen Hinterschnitt (60) oder Abwandlungen einer Schwalbenschwanzverbindung
(70).
14. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, wobei es sich bei dem Stützkäfig um einen Graphittiegel handelt.
15. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, wobei alle Teile aus nitridgebundenem Siliziumnitrid (NSN) bestehen.
16. Tiegel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Fügespalten bei der maximalen Einsatztemperatur im Bereich von 14000C bis 16000C eine Breite von etwa 1 mm oder weniger, vorteilhaft 0,05 mm bis 0,5 mm, insbesondere 0,1 mm bis 0,2 mm aufweisen.
17. Verfahren zur Herstellung eines Tiegels nach einem der Ansprüche 1 bis
16, welches die Schritte aufweist: - Mischen von Siliziumnitridpulver mit Siliziumpulver und gegebenenfalls organischen Bindemitteln, um eine Pulvermischung zu erhalten; - Formen von Grünkörpern aus der Pulvermischung, welche die Seitenwände (3), (4), Bodenelemente (2), Seitenteile (30), (40) oder Bodenteile (20) ergeben; - gegebenenfalls mechanische Bearbeitung der Grünkörper; - Wärmebehandlung der gegebenenfalls mechanisch bearbeiteten Grünkörper in einer Stickstoffatmosphäre, wobei die Grünkörper durch Nitridierung des Siliziumpulvers in stickstoffgebundenes Siliziumnitrid umgewandelt werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Pulvermischung 20 bis 35 Gew.-% Siliziumpulver, bezogen auf den anorganischen Feststoffanteil des Pulvers, 80 bis 65 Gew.-% Siliziumnitridpulver einer Korngrößenverteilung mit D50 < 1 ,0 μm, bezogen auf den anorganischen Feststoffanteil des Pulvers, und mindestens einem organischen Bindemittel in einer Menge von 3 bis 10
Gew.-% der organischen Feststoffe der Pulvermischung.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei das Formen der Grünkörper durch Trockenpressen erfolgt.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 18 bis 19, wobei die die Seitenwände (3), (4), Bodenelemente (2), Seitenteile (30), (40) oder
Bodenteile (20) in einem Stützkäfig (1) derart angeordnet werden, dass diese Teile den Tiegel ergeben.
21. Verfahren zur Herstellung von zur Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, welches die Schritte aufweist: - Bereitstellen eines Tiegels nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17; - Kristallisierung von zur
Halbleiterherstellung geeignetem Silizium, und optional auch metallurgisches Siliziummaterial in dem Tiegel.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei die Wandungen des Tiegels zumindest teilweise mit Graphit oder Kohlenstoff isoliert sind.
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