[发明专利]用于由半导体材料制造晶体的装置和方法

说明书

技术领域

本发明的主题是一种用于由半导体材料制造晶体的装置和方法。该装置包括一坩埚和一感应加热线圈，该感应加热线圈设置用于使半导体材料的储备量熔融和用于使半导体材料构成的熔液稳定，该熔液覆盖半导体材料构成的正在生长的晶体。

背景技术

以晶体形式需要大量半导体材料、尤其是硅，以便由此来制造电子结构元件或太阳能电池。这些晶体以单晶品质或多晶品质来提供并且具有圆形或矩形或正方形横截面。尤其在US 2005/0188918 A1中和在EP 2692908 A1中描述了如何能够制造具有这样的横截面的晶体，该横截面不是圆形。

为了以工业尺度制造具有圆形横截面的单晶尤其使用CZ方法和FZ方法。在CZ方法的情况下，单晶在种晶上悬挂地从熔液中拉出，该熔液包含在坩埚中。为了产生熔液，用半导体材料构成的碎片填充坩埚并且使碎片在使用布置在坩埚周围的电阻加热装置的情况下熔融。

在FZ方法中，在使用感应加热线圈的情况下，在种晶和储备棒之间产生熔融的半导体材料区段。所述感应加热线圈是具有线圈本体的扁平线圈，该线圈本体在中部内构成具有确定直径的孔。在种晶和储备棒下降时，熔融区段运动到储备棒中，并且从储备棒熔融的半导体材料在种晶上结晶。首先可以让颈部区段结晶，以便获得无错位的半导体材料。接下来，半导体材料构成的单晶生长成直径增加的锥形区段并最后生长成具有近似不变的直径的柱体区段。FZ方法的细节例如在EP 2 679 706 A1中描述。

也存在这样的方法的描述，这些方法类似于FZ方法，但是不同的是：由半导体材料构成的颗粒代替固态棒被应用作为储备量。代替于这样的方法例如可以提到US 5,367,981，其中描述了单晶体和多晶体的制造。迄今为止尚未成功的是将这些方法中的任一个用在工业尺度上。对此的原因是控制熔液输送出坩埚的困难性。

发明内容

本发明的任务是提供修正方案并且提出一种装置和一种方法，它们更多地具有潜力能够在工业尺度上被使用于从半导体材料制造晶体。

该任务通过用于由半导体材料制造晶体的装置来解决，其包括一坩埚和一感应加热线圈，所述坩埚具有坩埚底和坩埚壁，其中，所述坩埚底具有上侧和下侧和多个贯通开口，所述多个贯通开口布置在所述坩埚壁和坩埚底的中心之间，并且其中，在所述坩埚底的所述上侧和所述下侧上有拱曲部，所述感应加热线圈布置在所述坩埚下面并设置用于使半导体材料熔融和使半导体材料构成的熔液稳定，所述熔液覆盖半导体材料构成的正在生长的晶体。

此外，该任务通过用于由半导体材料制造晶体的方法来解决，所述方法包括：提供已提到的装置；在所述坩埚底的所述上侧上产生由半导体材料构成的储备量的散装部；在使用所述感应加热线圈的情况下熔融所述散装部的半导体材料并使熔融的半导体材料从所述坩埚底的所述上侧通过所述坩埚底中的所述贯通开口导向所述坩埚底的所述下侧并在所述坩埚底下侧上的所述拱曲部下面经过地导引成这样的熔液，该熔液覆盖半导体材料构成的正在生长的晶体并且是熔融区段的一个区域。

该方法以如下方式设计，即，其特别类似于FZ方法。由于与FZ方法不同所引起的困难性因此是微不足道的。尤其地，坩埚的形状和特性有助于此。因此，坩埚的组成部件不伸入到感应加热线圈中部内的孔中并且不伸入到熔融区段的这样的区域中，该区域处在感应加热线圈之下并覆盖正在生长的晶体。来自所述储备量的并且熔融的半导体材料以类似的方式流向相界，晶体在所述相界上生长，就像当储备棒被用作储备量时的情况那样。此外，所述储备量以如下方式提供，即，抑制尘产生并避免摇动熔融区段和避免被熔融的半导体材料的喷射。所使用的坩埚可以重复使用，而不必事先耗费地维修。

尤其考虑硅或锗或它们的混合物作为半导体材料。特别优选的是硅作为半导体材料。半导体材料优选以颗粒形式或以碎片形式来使用或以颗粒和碎片混合物的形式使用。所述颗粒优选具有不小于0.2mm且不大于30mm的平均直径。尽管如此，半导体材料的较小的微粒、例如半导体材料尘也可以与颗粒或碎片一起熔融。

根据本发明制造的晶体优选是单晶体或多晶晶体(多晶体)。特别优选的是由硅构成的单晶体。根据本发明制造的晶体具有圆形或正方形或矩形的横截面。横截面的形状基本上与正在生长的晶体转动还是不转动相关。如果正在生长的晶体就像在FZ方法中常见那样被转动，那么产生具有圆形横截面的晶体，该晶体可以是单晶的或是多晶的。不发生转动的话也可以制造具有矩形或正方形横截面的晶体，例如其方式是，熔融的半导体材料就像US 2005/0188918 A1或EP 2692908 A1中描述的那样进行结晶。