技術領域

本發明涉及用于熔化硅的方法，本發明還涉及用于熔化硅的系統。

背景技術

硅是各種半導體元件(尤其是微處理器或者太陽能電池)的原材料，對該材料有很高的純度要求。通常通過化學氣相沉積(即，所謂的化學氣相沉積工藝，簡稱CVD工藝)大規模地獲得硅。在此通常從硅烷鹵化物的化合物(尤其是三氯硅烷)中化學地分離出硅，并且將其沉積在加熱后的晶芯的表面上作為純凈的多晶硅。這種方法大體上就是所謂的“西門子法”，其通常是在所謂的“西門子反應器”中完成的(例如參見DE?26?09?564C2或者EP?1?257?684B1)。在此通常采用通過電流流過而加熱的薄硅棒作為晶芯；通過沉積多晶硅，這些薄硅棒的直徑或者體積得到了增大。這種薄晶芯棒通常呈U形地布置(仍然參見DE?26?09?564C2)。隨著硅的沉積，該薄晶芯棒將成長為實體的U形硅棒。圖2示意性示出在完成了沉積之后的這種硅棒。通常也可以按照其他幾何形狀(例如管形)來進行沉積(例如參見EP?1?257?684B1)。

這種借助CVD處理得到的硅通常純度極高，但是在這種處理過程中得到的原材料由于其形狀或者結晶度，在未經其他措施的情況下，不能對其進行進一步加工。另外，視應用目的而定，還必須進行徹底清潔或者一般性處理。因此在這些情況的每一種情況中，都必須首先熔化這些硅原材料。為此，首先使得硅原材料(如所述的呈U形的硅棒或者硅管)變成小塊，隨后在坩堝內熔化這些硅碎塊。一方面，硅是非常脆的；另一方面在實際的實施方式中，硅是比較硬的。因此，通常采用機械力作用來破碎這些硅原料。這通常通過類似于礦山采礦的破碎方式來實現。

由于與相應的破碎裝置相接觸，因此硅材料中混入了污染物，這些污染物可能會對半導體元件產生不良影響，因此接下來要必須要再次去除這些污染物。因此，在破碎之后，按照化學濕法來表面腐蝕硅原料的碎塊，并繁雜地干燥它。另外，由于表面積大幅度地變大，必須將清潔后的碎塊大體積地包裝起來，從而避免再次引入污染物。

為了避免繁雜的破碎步驟以及后續的清潔步驟，已經嘗試了在未經破碎的情況下將硅原料直接放入相應的坩堝內熔化。但是在這里，硅的很高的超過1400攝氏度的熔融溫度是十分棘手的。這樣，為了熔化大體積的硅棒，必須將坩堝加熱至遠超硅熔融點的程度，此時在坩堝內部，坩堝壁將受到侵蝕，并且分離出方石英；在硅再次硬化時，方石英將對結晶面產生不良影響，進而對硅的質量產生消極影響。

發明內容

因此，本發明的任務在于提供一種方法以及一種系統，通過它們可以在盡量少地引入污染物且不消極影響坩堝壁的情況下熔化硅原料。

本發明的方法將硅塊布置在可加熱的坩堝內。在此，硅塊首先可以被理解為一塊硅原料，其原則上可以具有任意幾何形狀。只要硅原料的尺寸允許，也可以將一整塊硅原料(例如完整的U形硅棒)作為硅塊布置在坩堝內。在將一個或多個硅塊布置在坩堝內時，在坩堝壁和硅塊之間、或者在硅塊的實體部分之間以及在各個硅塊之間都將出現空腔。以硅粒來至少部分地填充這些空腔的至少一部分。在此，硅粒應該被理解為硅顆粒的混合，它們通?？梢跃哂腥我獾膸缀涡螤?，當然具有比硅塊明顯小得多的尺寸，因此可以用它們來至少部分地填充所形成的這些空腔。硅粒尤其可以具有所謂的精細硅碎塊(Siliziumfeinbruch)的形式。精細硅碎塊應該被理解為精細的硅碎塊，例如貝殼狀斷口的碎塊(Muschelausbruchst?ück)。然后加熱坩堝。

由于按照所述以硅粒至少部分地填充了空腔，因此在坩堝壁和硅塊之間存在較好的熱傳導能力，從而熱量可以更好地從坩堝壁傳遞至硅塊。結果是，無需將坩堝加熱至遠超硅熔融溫度的程度、或者僅需要將坩堝加熱至超過硅熔融溫度較小的程度，就可以將本身很大或者無定形的硅塊加熱至或者超過硅的熔融溫度，而且同時不會損壞坩堝。

硅原料的常見尺寸不允許將一整塊硅原料布置在坩堝內。根據本發明的一個實施例，從硅原料截取硅塊，并且按照使得所述硅塊能夠布置在可加熱的坩堝內的方式來確定硅塊的尺寸。在此，最好如此確定硅塊的尺寸，即，按照適當尺寸從硅原料截取硅塊。