DE68913237T2

DE68913237T2 - Siliciumgiessvorrichtung.

Info

Publication number: DE68913237T2
Application number: DE68913237T
Authority: DE
Inventors: Kyojiro Kaneko; Jun-Ya Masuda
Original assignee: Osaka Titanium Co Ltd
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2009-06-30
Also published as: US4915723A; EP0349904B1; EP0349904A3; DE68913237D1; EP0349904A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gießen von Silicium durch ein Verfahren mit elektromagnetischer Induktion.
Ein Verfahren, bei dem ein elektrisch leitender Tiegel 6 ohne Boden, der in seiner Umfangsrichtung in mehrere Teile aufgeteilt ist, in einer Induktionsspule 7 angeordnet wird und ein Material 20 allmählich von der Unterseite des Tiegels 6 ohne Boden abgezogen wird, wobei die Schmelze innerhalb des Tiegels 6 ohne Boden erstarrt (nachfolgend als kontinuierliches Gießen durch elektromagnetische Induktion bezeichnet) war als eines von kontinuierlichen Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion bekannt, wie in Fig. 7 dargestellt.
Da beim kontinuierlichen Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion der Tiegel 6 ohne Boden in seiner Umfangsrichtung in mehrere Teile aufgeteilt ist, werden die jeweiligen abgeteilten Teile 16 durch einen durch eine Induktionsspule 7 fließenden Strom mit elektrischer Leistung versorgt, wodurch ein elektrischer Strom in einem Material 20 innerhalb des Tiegels 6 erzeugt wird, um das Material zu erhitzen und zu schmelzen, und zwischen dem durch die unterteilten Teile 16 des Tiegels 6 fließenden elektrischen Strom und dem durch das Material 20 fließenden Strom wird eine abstoßende Kraft erzeugt, um das Material 20 unter der Bedingung zu halten, daß es nicht in Berührung mit dem Tiegel 6 kommt.
Jedoch dringt beim kontinuierlichen Gießverfahren mit elektromagnetischer Induktion das geschmolzene Material 20 innerhalb des Tiegels 6 in unvermeidlicher Weise in Lücken 17 zwischen den unterteilten Teilen 16 des Tiegels 6 ein und wird dort fest. Dieses Phänomen wird als Eindringen bezeichnet, das zu Schwierigkeiten beim Herunterziehen des erstarrten Materials 20 aus der Innenseite des Tiegels 6 sowie beim Entnehmen aufgrund des Kontakts des Materials führt, das in die Spalte zwischen den unterteilten Teilen 16 des Tiegels 6 eindrang, wodurch es an der mit elektrischer Leistung versorgten Tiegeloberfläche erstarrte. Demgemäß wurde das kontinuierliche Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion in der Praxis lediglich in derjenigen Form verwendet, daß Schlacke zwischen den Tiegel 6 und das Material 20 innerhalb des Tiegels 6 eingefügt wird, um Beladen, Schmelzen, Herunterziehen und Erstarren kontinuierlich auszuführen. Das kontinuierliche Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion, bei dem Schlacke zwischen den Tiegel 6 und das Material 20 innerhalb des Tiegels 6 eingefügt wird, wird als Induktions-Schlacke-Schmelzverfahren (Hinweis) bezeichnet, und es wurde hauptsächlich zum Schmelzen und Gießen unedler Metalle wie Titan verwendet. Bei diesem Verfahren dient die Schlacke als Puffermaterial und als isolierendes Material zwischen dem Tiegel 6 und dem Material 20 innerhalb des Tiegels 6.
(Hinweis) P.G. CLITES und R.A. BEALL: Proc. the Fifth International Conf. on Electroslag and Special Melting Technology (1975) S. 477
Andererseits wurden anisotrop erstarrte Siliciumbrocken, die als Material für Solarzellen und dergleichen verwendet werden, industriell durch ein Verfahren hergestellt, bei dem Silicium in einem Tiegel mit Boden in einer gegen geschmolzenes Silicium inaktiven Atmosphäre aufgeschmolzen wird und es dann in ein Formwerkzeug mit vorgegebenen Temperaturgradienten in vertikaler Richtung gegossen wird, um zu erstarren.
Jedoch kann bei einem solchen Verfahren zum Gießen von Silicium eine Verunreinigung des Siliciums mit Verunreinigungsstoffen aus dem Tiegel und dem Formwerkzeug nicht vermieden werden. Darüber hinaus ist es erforderlich, um solche Verunreinigungen zu unterdrücken, daß der Tiegel und das Formwerkzeug aus besonders hochreinen Materialien hergestellt werden. Infolgedessen führt dies zu einer beträchtlichen Erhöhung der Gießkosten, zusammen mit der Kompliziertheit der mit dem Formwerkzeug kombinierten Heizeinrichtungen. Darüber hinaus schreitet der Kristallisierungsvorgang gleichzeitig von der Bodenfläche des Formwerkzeugs und der Seitenfläche des Formwerkzeugs fort, so daß das Verfahren auch hinsichtlich kristallographischer Gesichtspunkte nicht bevorzugt ist.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Tatsachen wird angenommen, daß ein kontinuierliches Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion, bei dem der Tiegel in dem Zustand gehalten werden kann, daß er nicht in Berührung mit dem Material innerhalb des Tiegels kommt, zum Gießen von Silicium geeignet ist.
An das kontinuierliche Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion wurde für lange Zeit gedacht, jedoch wurde es nicht in industriellem Maßstab in der praxis verwendet, bis das Induktions-Schlacke-Schmelzverfahren angesichts eines Ausgleichs für die Stromquellenanlagen und die Kosten des elektrischen Stroms entwickelt wurde. Jedoch wurde eine Stromquelleneinrichtung mit kleiner Größe jedoch großer Leistung entwickelt, als die Technologie in jüngster Zeit erhebliche Fortschritte machte, um auch die Kosten für den elektrischen Strom zu verringern. Dem kontinuierlichen Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion wird vor diesem Hintergrund erneut Beachtung als Verfahren zum Giessen von Silicium geschenkt.
Beim kontinuierlichen Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion wird, wie oben beschrieben, das Material nicht in Berührung mit dem Tiegel ohne Boden gebracht, und wenn es zum Gießen von Silicium verwendet wird, kann Silicium vollständig davor bewahrt werden, durch Verunreinigungen verunreinigt zu werden. Wenn Silicium nicht mit Verunreinigungen aus dem Tiegel verunreinigt wird, kann die Güte des Materials für den Tiegel verringert werden, wodurch die Kosten für die Einrichtungen deutlich verringert werden können, da auch kein Formwerkzeug erforderlich ist. So kann das kontinuierliche Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion dauernd Siliciumgußbrocken großer Abmessung und hoher Qualität billig dadurch hergestellt werden, daß es mit einer Stromquelleneinrichtung großer Leistung kombiniert wird. Darüber hinaus kann Kristallisation ausgehend von einer Seitenwand des Tiegels unterdrückt werden, so daß das kontinuierliche Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion auch hinsichtlich kristallographischer Gesichtspunkte deutlich bevorzugt ist.
USA hat das kontinuierliche Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion angesichts dieser Denkweise als japanisches Patent angemeldet (JP-A-61052962).
Jedoch ist das Eindringen, das beim kontinuierlichen Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion fraglich ist, durch das in JP-A-61052962 offenbarte Verfahren in keiner Weise gelöst.
Darüber hinaus wurde auch deutlich, daß bei diesem Verfahren der Temperaturgradient während des Abkühlens nach der Erstarrung des Siliciums so groß ist, daß es zu starken thermischen Spannungen im erstarrten Siliciumgußbrocken kommt, und daß die thermische Restspannung zur Erzeugung vieler Risse und kristalliner Defekte im Siliciumgußbrocken führt, wodurch dem Siliciumgußbrocken keine zufriedenstellende Qualität verliehen ist.
Das Problem des Eindringens kann dadurch überwunden werden, daß viel elektrische Leistung zugeführt wird, jedoch kann die Verschlechterung aufgrund der thermischen Spannungen durch diesen Stand der Technik in keiner Weise überwunden werden, was ein entscheidender Nachteil für ein Halbleitermaterial ist. Darüber hinaus werden, wenn das Eindringen durch hohe elektrische Leistung unterdrückt wird, die Stromkosten erhöht, so daß es erwünscht ist, das Eindringen zu unterdrücken, ohne daß hohe elektrische Leistung verwendet wird, falls möglich.
Die Erfindung wurde angesichts dieser Umstände erzielt, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Silicium durch elektromagnetische Induktion anzugeben, das dazu in der Lage ist, eine Verschlechterung aufgrund thermischer Spannungen vollständig zu verhindern.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen von Silicium durch elektromagnetische Induktion anzugeben, das dazu in der Lage ist, das Eindringen zu verhindern, ohne daß hohe elektrische Leistung verwendet wird, zusätzlich zum Verhindern der genannten Verschlechterung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen von Silicium weist eine Induktionsspule, einen elektrisch leitenden Tiegel ohne Boden, bei dem mindestens ein Teil in axialer Richtung in mehrere Teile in Umfangsrichtung unterteilt ist, der innerhalb der Induktionsspule angeordnet ist, und eine Einrichtung zum Beheizen erstarrten Siliciums auf, die unterhalb der Höhe der Grenzfläche zwischen geschmolzenem Silicium und erstarrtem Silicium innerhalb des Tiegels ohne Boden angeordnet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht;
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung, die ein Beispiel für den Aufbau eines Tiegels ohne Boden und einer Heizeinrichtung veranschaulicht, die wesentliche Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind;
Fig. 3(a), (b) sind Längsschnitte, die andere Beispiele für den Aufbau der Heizeinrichtung zeigen;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das den axialen Temperaturgradienten erstarrten Siliciums wiedergibt;
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die Abmessungen der Vorrichtung wiedergibt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das quantitativ den Einfluß der Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen des Tiegels ohne Boden und des Ausgangssignals der Hochfregquenz- Spannungsquelle auf das Eindringen zeigt;
Fig. 7(a), (b) sind eine Draufsicht bzw. ein Längsschnitt, die das Grundprinzip des kontinuierlichen Gießverfahrens durch elektromagnetische Induktion veranschaulicht; und
Fig. 8(a), (b) sind ein Querschnitt bzw. ein Längsschnitt, die das Eindringphänomen veranschaulichen.
In den Zeichnungen gilt: 6: Tiegel ohne Boden; 7: Induktionsspule; 24: Heizeinrichtung
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Silicium wird das Abkühlen eines Siliciumgußbrockens, der aus dem Tiegel ohne Boden nach unten herausgezogen wird, durch Heizen durch die Heizeinrichtung unterdrückt, um dem Siliciumgußbrocken einen graduellen Temperaturgradienten in Herunterziehrichtung desselben zu verleihen.
Fig. 4 ist ein schematische Diagramm, das die axiale Temperaturverteilung erstarrten Siliziums zeigt, das nach unten aus dem Tiegel ohne Boden abgezogen wird.
Geschmolzenes Silicium 13 innerhalb des Tiegels 6 ohne Boden erstarrt beinahe auf Höhe des untersten Endes der Induktionsspule 7. Die Temperatur an der Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Silicium 13 und dem erstarrten Silicium 12 beträgt 1412ºC. Erstarrtes Silicium 12 wird von der Innenseite des Tiegels ohne Boden 6 heruntergezogen, um allmählich seine Temperatur zu verringern. Die Herunterziehgeschwindigkeit des erstarrten Siliciums 12 beträgt im allgemeinen 1 bis 3 mm/min. Darüber hinaus wird beim kontinuierlichen Gießen von Metallen durch elektromagnetische Induktion der aus dem Tiegel ohne Boden heruntergezogene Gußbrokken in der Regel zwangsweise gekühlt.
Durch Versuche des Erfinders hat sich herausgestellt, daß beim kontinuierlichen Gießen von Silicium durch elektromagnetische Induktion der axiale Temperaturgradient etwa 200ºC /cm beträgt, und zwar selbst dann, wenn erstarrtes Silicium 12, das aus dem Tiegel ohne Boden nach unten abgezogen wird, lediglich natürlich gekühlt wird, wie dies durch eine durchgezogene Linie im Diagramm dargestellt ist, was Risse im erstarrten Silicium 12 hervorruft, wodurch industrieller Betrieb unmöglich wird. Dies wird stark durch dem Silicium innewohnende Widerstandseingenschaften beeinflußt.
D.h., daß dann, wenn Silicium einem Aufheizen durch elektromagnetische Induktion unterzogen wird, das Silicium im geschmolzenen Zustand einen geringeren Widerstand zeigt, was erhöhten Heizwirkungsgrad bedeutet, während es im verfestigten Zustand einen höheren Widerstand zeigt, was verringerten Heizwirkungsgrad bedeutet. Im Ergebnis kühlt sich erstarrtes Silicium unmittelbar unterhalb der Grenzfläche selbst innerhalb des Tiegels 6 ohne Boden sehr schnell ab.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Silicium ist die Heizeinrichtung 24 unter der oben angegebenen Grenzfläche angeordnet, und der axiale Temperaturgradient unter der Grenzfläche ist verringert, wie dies durch die strichpunktierte Linie mit zwei Punkten im Diagramm dargestellt ist, und zwar durch zwangsweises Heizen eines Abschnitts unter der Grenzfläche des erstarrten Siliciums 12 durch die Heizeinrichtung 24. Im Ergebnis konnte gezeigt werden, daß erstarrtes Silicium hoher Qualität ohne Risse kontinuierlich in industriellem Maßstab gegossen werden kann.
Es ist erwünscht, daß der dem erstarrten Silicium 12 durch die Heizeinrichtung 24 verliehene Temperaturgradient 100ºC /cm oder weniger beträgt. Wenn der axiale Temperaturgradient des erstarrten Siliciums 12 auf 100ºC/cm oder weniger durch die Heizeinrichtung 24 erniedrigt wird, kann verhindert werden, daß Risse in erstarrtem Silicium üblicher Größe mit einem Querschnitt auftreten, bei dem eine Seite 150mm oder weniger lang ist. Es ist erforderlich, daß dieser Temperaturgradient von der Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Silicium 13 und dem erstarrten Silicium 12 bis in einen Abschnitt aufrechterhalten wird, der eine Temperatur von mindestens 500ºC des erstarrten Siliciums 12 aufweist. Es wird kein Riß in Abschnitten erzeugt, die Temperaturen unter 500º C aufweisen, selbst wenn der axiale Temperaturgradient nicht speziell eingestellt wird.
Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen dem axialen Temperaturgradienten in einer Zone (4,5 bis 15 cm lang) ausgehend von der Grenzfläche bis in einen Bereich erstarrten Siliciums mit einer Temperatur von 500ºC, sowie Gießbedingungen für den Fall, daß Silicium kontinuierlich durch einen Tiegel ohne Boden mit quadratischem Innenquerschnitt, bei dem eine Seite 80mm lang ist, durch elektromagnetische Induktion gegossen wird. Andere Hauptbedingungen sind die folgenden (siehe Fig. 5):

Tiegel 6 ohne Boden

Innenseitenfläche: Quadrat, dessen eine Seite 80mm lang ist
Außenseitenfläche: Quadrat, dessen eine Seite 110mm lang ist
Höhe: 250mm
Schlitzlänge: 200mm

Induktionsspule 7

Innenseitenfläche: Quadrat, dessen eine Seite 120mm lang ist
Anzahl der Windungen: 6 Windungen
Höhe: 70mm

Heizeinrichtung 24

Innenseitenfläche: Quadrat, dessen eine Seite 86mm lang ist
Höhe: 100mm oder 200mm (beide werden verwendet)
Strahlungskörper: Molybdändraht
Im Ergebnis wurden bei einem Temperaturgradienten von 160ºC /cm oder mehr häufig Risse erzeugt, wohingegen ein normaler Siliciumgußbrocken ohne Risse bei einem Temperaturgradienten von 100ºC/cm oder weniger hergestellt wurde. Tabelle 1 Temperaturgradient (ºC/cm) Gießbedingungen ungefähr 200 Risse werden erzeugt. Risse werden häufig erzeugt, jedoch werden in wenigen Fällen keine Risse erzeugt. kein Riß wird erzeugt.
Darüber hinaus ist es zum Verringern des axialen Temperaturgradienten des erstarrten Siliciums 12 erforderlich, die Länge der axialen Temperatureinstellzone für erstarrtes Silicium 12 zu erhöhen, wodurch die Gießvorrichtung eine große Abmessung erhält. Demgemäß ist es industriell erwünscht, daß der Temperaturgradient 50ºC/cm oder mehr und 25ºC/cm oder mehr selbst im Fall erstarrten Siliciums 12 beträgt, das große Abmessungen aufweist (einen quadratischen Querschnitt, bei dem eine Seite 200 bis 300mm lang ist).
Direkte Beheizung durch elektromagnetische Induktion kann für die Heizeinrichtung 24 ähnlich wie beim Tiegel 6 ohne Boden verwendet werden, jedoch ist der Heizwirkungsgrad gering, wie oben beschrieben, so daß es eher erwünscht ist, erstarrtes Silicium 12 durch eine indirekte Strahlungsheizeinrichtung zu beheizen, die Strahlungskörper verwendet, die aus Graphit, elektrisch leitender Keramik, hochschmelzenden Metallen und dergleichen hergestellt sind.
Darüber hinaus ist es erwünscht, daß die Heizeinrichtung 24 so dicht wie möglich am obigen Tiegel 6 ohne Boden angeordnet ist, um das erstarrte Silicium 12 direkt ab seinem Abschnitt unter der Grenzfläche zu beheizen. Wegen desselben Grundes ist es erwünscht, daß die die Umfangswand des Tiegels 6 ohne Boden in mehrere Teile in Umfangsrichtung teilenden Schlitze sich zum unteren Ende des Tiegels 6 ohne Boden hin erstrecken. Ein solcher Tiegel 6 ohne Boden weist eine elektromagnetische Induktionsheizfunktion bis zu seinem unteren Ende auf. Infolgedessen wird erstarrtes Silicium 12 der elektromagnetischen Induktionsheizung nicht nur innerhalb des Tiegels 6 ohne Boden unterzogen, sondern auch nach der Ausgabe aus dem Tiegel 6 ohne Boden, wodurch die Temperaturverteilung innerhalb des erstarrten Siliciums 12 allmählich ausgehend vom beheizten Abschnitt innerhalb des Tiegels 6 ohne Boden bis zum Abschnitt fortgesetzt wird, der durch die Heizeinrichtung 24 beheizt wird.
Darüber hinaus kann der Tiegel 6 ohne Boden eine Hohlstruktur aufweisen, um ein Kühlmittel durch seine Innenseite zu leiten. Der Tiegel 6 ohne Boden kann aus billigen Materialien mit relativ niedrigem Schmelzpunkt hergestellt werden, wie Kupfer, wenn der Tiegel 6 ohne Boden zwangsweise mit einem Kühlmittel gekühlt wird.
In diesem Fall ist es bevorzugt, daß der Tiegel 6 ohne Boden mit Ausnahme seines oberen Abschnitts in Teile in Umfangsrichtung unterteilt ist, und daß das Einlaßrohr und das Auslaßrohr für das Kühlmittel im oberen Abschnitt des Tiegels vorhanden sind, in dem keine Unterteilung vorgenommen ist. Bei einem solchen Tiegel ohne Boden erstrecken sich die den Tiegel 6 ohne Boden in Umfangsrichtung unterteilenden Schlitze bis zum unteren Ende des Tiegels, und die Anzahl an Rohrleitungen zum Einleiten, Umwälzen und Ausgeben des Kühlmittels kann verringert werden.
Wasser wird wegen seiner Billigkeit und überragenden Wärmeleitung wirkungsvoll als Füllmittel verwendet.
Beim industriellen Gießen von Silicium durch ein kontinuierliches Gießverfahren durch elektromagnetische Induktion ist es wichtig, daß das Eindringen verhindert werden kann, ohne daß viel elektrische Leistung zugeführt wird, zusätzlich zum Verhindern des Auftretens von Rissen. Darüber hinaus gilt, daß selbst dann, wenn das Eindringen nicht unterdrückt werden kann, dann, wenn gleichmäßiges Herunterziehen erstarrten Siliciums gewährleistet werden kann, die Zufuhr von viel elektrischer Leistung nicht erforderlich ist. Der Erfinder setzte seine Untersuchungen betrefend konkrete Maßnahmen im Hinblick auf solche Gesichtspunkte fort, mit der Kenntnis, daß die Einstellung der Lücken zwischen den unterteilten Teilen in Umfangsrichtung des Tiegels ohne Boden für den ersteren Gesichtspunkt wirkungsvoll ist, und daß die Einstellung des Winkels der Innenwandfläche des Tiegels für den letzteren Gesichtspunkt wirkungsvoll ist.
D.h., daß dann, wenn die Lücken zwischen den unterteilten Teilen in Umfangsrichtung des Tiegels ohne Boden 1,0mm oder weniger breit sind, der durch die Innenwandfläche des Tiegels fließende elektrische Strom dem elektrischen Strom entgegengerichtet ist, der durch den Oberflächenabschnitt des geschmolzenen Siliciums innerhalb des Tiegels fließt, so daß die zwischen beiden elektrischen Strömen erzeugte Abstoßung dauernd in den Lücken zwischen den unterteilten Teilen wirkt, wodurch das Eindringen wirkungsvoll unterdrückt werden kann.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen gemessenen Werten für das zentrale Magnetfeld innerhalb des Tiegels ohne Boden für eine Ausgangsbelastung der Hochfrequenz- Spannungsquelle von 30kHz und der Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen für den Fall zeigt, daß Silicium kontinuierlich mit einem Tiegel ohne Boden mit quadratischem Innenquerschnitt, dessen eine Seite 80mm lang ist, durch elektromagnetische Induktion gegossen wird. In diesem Fall tritt, wie dies im Diagramm durch einen Pfeil gezeigt ist, kein Eindringen auf, wenn die Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen 1,0mm ist, während Eindringen auftritt, wenn die Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen 1,4mm beträgt.
Was die Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen betrifft, wurde beobachtet, daß das Magnetfeld innerhalb des Tiegels mit einer Verringerung der Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen verringert wurde. Dies kann wie folgt verstanden werden. Der elektrische Strom fließt bei einem Wechselmagnetfeld lediglich in der Nähe der Oberfläche innerhalb der unterteilten Teile des Tiegels. Dieser elektrische Oberflächenstrom erzeugt auch selbst ein räumliches Magnetfeld. Das vom elektrischen Oberflächenstrom selbst erzeugte Magnetfeld wirkt als Kraft, die einen elektrischen Strom in einer Richtung erzeugt, die mit derjenigen des elektrischen Stroms übereinstimmt, der durch die unterteilten Teile des Tiegels fließt, die einander mit den Abständen der Lücken zwischen den unterteilten Teilen gegenüberstehen. So wird der elektrische Strom innerhalb der unterteilten Teile des Tiegels vorbelastet und im Ergebnis wird die Stärke des Magnetfelds innerhalb des Tiegels verringert. Dasselbe Phänomen wie diese Änderung des Magnetfelds durch die Lücken zwischen den unterteilten Teilen entsteht auch zwischen der Innenwand des Tiegels und geschmolzenem Silicium. Im Bereich, in dem die Lücken zwischen den unterteilten Teilen groß sind (1,4mm oder mehr), ist die Abstoßung zwischen dem geschmolzenem Silicium und den unterteilten Teilen des Tiegels verringert. Infolgedessen wird das Eindringen geschmolzenen Siliciums in die Lücken zwischen den unterteilten Teilen des Tiegels merklich.
Wenn jedoch die Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen kleiner als 0,3mm ist, verringert der in den unterteilten Teilen des Tiegels erzeugte elektrische Strom schnell die Wirkung des im geschmolzenen Silicium innerhalb des Tiegels induzierten elektrischen Stroms, so daß es zu nutzlosem Verbrauch elektrischer Leistung kommt, was zur Unmöglichkeit wirtschaftlichen Aufschmelzens führt.
Darüber hinaus wurde, wie dies in Fig. 7(b) dargestellt ist, beobachtet, daß das Eindringen im unteren Abschnitt einer Induktionsspule 7 merklich wird. Es scheint, daß dies von einer Vertikalkraft herrührt, die auf geschmolzenes Silicium 20 innerhalb des Tiegels 6 durch das eigene Gewicht wirkt, das zum unteren Abschnitt des geschmolzenen Siliciums 20 hin zunimmt. Wenn demgemäß der Innenwandfläche des Tiegels 6 eine sich nach außen verbreiternde Richtung nach unten hin gegeben wird, kann geschmolzenes Silicium 20 selbst dann nach unten weggezogen werden, wenn es zu einem Eindringen kommt.
Tabelle 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Neigungswinkel und dem Beurteilungsergebnis betreffend die Möglichkeit des Nach-unten-Abziehens des Gußbrockens für den Fall, daß Silicium mit einem Durchmesser von 50mm kontinuierlich durch elektromagnetische Induktion gegossen wird, mit einer Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen des Tiegels von 1,0mm, und mit einer standardmäßigen elektrischen Leistung (45 bis 55kW). Tabelle 2 Neigungswinkel der Innenwandfläche des Tiegels Beurteilung zur Möglichkeit des Herunterziehens des Gußbrockens (schlecht) (gut)
Wie aus Tabelle 2 erkennbar, kann der Gußbrocken heruntergezogen werden, wenn der Neigungswinkel 0,4º oder mehr ist.
Wenn der Neigungswinkel jedoch 2,0º überschreitet, wird der Durchmesser des unteren Abschnitts des Tiegels übermäßig erhöht, so daß dann, wenn die Nach-unten-zieh-Geschwindigkeit des Gußbrockens erhöht wird, geschmolzenes Silicium Tropfen für Tropfen aus der Festphase/Flüssigphase-Grenzfläche auf die Seitenfläche des Gußbrockens fällt, bevor das geschmolzene Silicium erstarrt ist, wodurch kontinuierliche Erstarrung des Gußbrockens unmöglich wird.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der den Gesamtaufbau eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Silicium zeigt.
Ein luftdichter Behälter 1 ist ein wassergekühlter Behälter mit Doppelstruktur, um ihn vor dem Heizen in seinem Inneren zu schützen. Der luftdichte Behälter 1 ist mit einer Vakuumpumpe versehen, die an ihn über einen Kanal zum Entgasen der Innenseite des Behälters verbunden ist, und er ist mit einer Zuleitung für Innertgase versehen, um den Partialdruck der Innertgase innerhalb des Behälters auf einen gewählten Druck einzustellen.
Dieser luftdichte Behälter 1 weist einen Materialzuführbehälter 4 und eine Gußbrocken-Entnahmekammer 5 auf, die durch Vakuumabsperrvorrichtungen ab 2,3 abgetrennt sind, die im oberen Bereich bzw. im unteren Bereich desselben angeordnet sind, so daß das Zuführen von Materialien und das Entnehmen des Gußbrockens ausgeführt werden können, während das Silicium innerhalb des luftdichten Behälters 1 in Innertatmosphäre gehalten wird.
Ein Tiegel 6 ohne Boden, der fest im beinahe zentralen Bereich des luftdichten Behälters 1 angeordnet ist, wird von einer Induktionsspule 7 umgeben, und er ist mit einer Heizeinrichtung 24 versehen, die an seinen unteren Bereich angeschlossen ist. Der Aufbau dieses Bereichs wird später im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Ein Materialtrichter 8 ist unter dem Materialzuführbehälter 4 innerhalb des luftdichten Behälters 1 so angeordnet, daß körniges und brockenförmiges in den Trichter 8 gefülltes Silicium 9 durch einen drehenden Zuführkanal 10 zu geschmolzenem Silicium 13 innerhalb des Tiegels ohne Boden hinzugefügt werden kann.
Ein aus Graphit oder dergleichen bestehender Widerstands-Strahlungskörper 11 ist anhebbar direkt über dem Tiegel 6 ohne Boden so angeordnet, daß er im abgesenkten Zustand in diesen eingeführt ist.
Eine Halte- und Ziehvorrichtung 14 zum Halten und Nach-unten-Herausziehen eines Siliciumgußbrockens 12 ist unter der Heizeinrichtung 24 vorhanden.
Es kann eine Halte- und Ziehvorrichtung 14 vom Klemmschellentyp verwendet werden, jedoch ist es angesichts des Einflusses auf den Siliciumgußbrocken 12 von Vorteil, daß mehrere Klemmkörper, die den Siliciumgußbrocken 12 schlupffrei halten und ihn um einen vorgegebenen Weg absenken, gefolgt von einem Freigeben des Siliciumgußbrockens 12, und die dann in die ursprüngliche Lage hochbewegt werden, gleichzeitig mit verschobenen Phasen betrieben werden.
Darüber hinaus ist es möglich, eine Schneidvorrichtung zum Schneiden des Siliciumgußbrockens 12 durch Laserstrahlen oder dergleichen innerhalb des Behälters 1 anzuordnen.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Tiegels ohne Boden und die Heizeinrichtung, die Hauptteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Gießen von Silicium sind.
Der Tiegel 6 ohne Boden wird durch ein zylindrisches Teil aus Kupfer gebildet, das einen solchen Aufbau aufweist, daß es mit Ausnahme des oberen Abschnitts in Umfangsrichtung in mehrere Teile unterteilt ist. Das Innere des Tiegels ist durch eine Unterteilungsplatte 25 so unterteilt, daß eine Innen- und eine Außenseite gebildet werden, so daß ein Kühlmittel, das durch ein Einlaßrohr 18 in den Tiegel eingeleitet wurde, entlang des Innenabschnitts absteigen kann, wobei es in Umfangsrichtung umläuft, um die Innenwandfläche zu kühlen, und es dann entlang dem Außenabschnitt aufsteigt, um an einem Auslaßrohr 19 gesammelt zu werden, gefolgt von einem Ausgeben aus dem Tiegel 6. Bei einem Tiegel mit solchem Aufbau kann die Anzahl von Rohrleitungen verringert werden, wodurch die Vorrichtung wirtschaftlich ist.
Dieser Tiegel 6 ohne Boden weist einen Aufbau auf, bei dem die Breite von Lücken zwischen den unterteilten Teilen 16, die in seiner Umfangsrichtung ausgebildet sind, 0,3 bis 1,0mm beträgt, oder bei dem sich die Innenwandfläche nach außen mit einem Winkel von 2,4 bis 2º nach unten hin erweitert, oder bei dem beide Bedingungen vorliegen.
Obwohl der Tiegel 6 ohne Boden beim dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung mit Ausnahme seines oberen Abschnitts so unterteilt ist, daß dies zu Heizfunktion bis zu seinem unteren Ende führt, kann der untere Abschnitt ausgenommen sein, oder der Tiegel kann in Umfangsrichtung über die gesamte axiale Richtung unterteilt sein.
Darüber hinaus ist die Form des Tiegels 6 ohne Boden nicht auf Kreiszylinderform beschränkt, sondern es kann auch ein rechteckiger Zylinder sein. Auch was das Material betrifft, können andere leitende Materialien neben Kupfer verwendet werden.
Die Induktionsspule 7 ist konzentrisch außerhalb des Tiegels 6 ohne Boden angeordnet, und sie ist über ein (nicht dargestelltes) Koaxialkabel mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Induktionsspule 7 und das Koaxialkabel werden durch denselben Kühlkanal gekühlt.
Die Heizeinrichtung 24 ist konzentrisch unter dem Tiegel 6 ohne Boden in Verbindung mit diesem angeordnet, und ein metallischer Widerstands-Strahlungskörper 22 ist um die Außenseite einer zylindrischen Schutzplatte 21 aus einem Silikatglasrohr so gewickelt, daß der obere Abschnitt dichter gewickelt ist als der untere Abschnitt. Außerdem ist der metallische Widerstands-Strahlungskörper 22 durch eine wärmeisolierende Ofenwand 23 abgedeckt, die in erster Linie aus Aluminumoxid besteht.
Der Strahlungskörper 22 kann in der Richtung nach oben und unten in mehrere Blöcke unterteilt sein, damit es möglich ist, die Beheizung unabhängig zu steuern.
Fig. 3(a), (b) zeigt andere Beispeile für die Heizeinrichtung 24.
Die in Fig. 3(a) dargestellte Heizeinrichtung 24 weist einen zylindrischen Leiter 30, der konzentrisch unter dem Tiegel 6 ohne Boden unmittelbar an diesen anschließend angeordnet ist, und eine zweite Induktionsspule 31 auf, die um die Außenseite des zylindrischen Leiters 30 herum angeordnet ist, wobei die Außenseite des Leiters 30 von einer wärmeisolierenden Wand 32 abgedeckt wird. Die zweite Induktionsspule 31 kann durch eine Spannungsquelle mit Leistung versorgt werden, die auch für die Induktionsspule 7 im Tiegel 6 ohne Boden verwendet wird, oder von einer unabhängigen Spannungsquelle. Z.B. werden Graphit, Ta, Mo und dergleichen als Materialien für den Leiter 30 ausgewählt, und z.B. werden Graphit, ein faserverstärkter Gußkörper, Aluminiumoxid und dergleichen als Materialien für die wärmeisolierende Wand 32 verwendet.
Die in Fig. 3(b) dargestellte Heizeinrichtung 24 ist eine Nach-unten-Verlängerung des Tiegels 6 ohne Boden. Auch die um den verlängerten Abschnitt herumgelegte zweite Induktionsspule 31 zum Beheizen des erstarrten Siliciums kann von der auch für die Induktionsspule 7 verwendeten Spannungsquelle mit elektrischer Leistung versorgt werden, oder mit einer unabhängigen Spannungsquelle auf dieselbe Weise wie bei dem in Fig. 3(a) dargestellten Beispiel. Wenn die Spannungsquelle verwendet wird, die auch für die Induktionsspule 7 genutzt wird, ist es erforderlich, daß die zweite Induktionsspule 31 unabhängig von der Induktionsspule 7 gesteuert werden kann. Was auch für eine Heizeinrichtung 24 verwendet wird, wird der erwünschte axiale Temperaturgradient dem Silicium direkt nach der Erstarrung verliehen, um zu verhindern, daß thermische Spannungen aufgrund einer plötzlichen Abkühlung erzeugt werden.
Der konkrete Ablauf eines Verfahrens zum Gießen von Silicium unter Verwendung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung wird nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird der Innenraum des luftdichten Behälters 1 evakuiert und dann mit Argongas als Innertgas gefüllt, gefolgt von einem Anordnen eines zylindrischen Keimgußbrockens aus Silicium durch die Halte- und Ziehvorrichtung 14 in solcher Weise, daß das obere Ende des Keimgußbrockens in der Mitte der Richtung der Höhe des Tiegels 6 ohne Boden angeordnet ist.
Danach wird der aus Graphit oder dergleichen gebildete Strahlungskörper 11 in den Tiegel 6 unter der Bedingung abgesenkt, daß der Zuführkanal 10, der über dem Tiegel 6 ohne Boden angeordnet ist, seitwärts so verstellt wird, daß er dicht bei und unmittelbar über dem Keimgußbrocken eingeschwungen ist, und dann wird damit begonnen, die Induktionsspule 7 mit Strom zu versorgen.
Wenn die obere Endfläche des Keimgußbrockens innerhalb der Induktionsspule 7 geschmolzen ist, wird die anfängliche Herstellung geschmolzenen Siliciums ausgeführt, wobei der Strahlungskörper 11 bis zu seiner Ursprungsstellung angehoben ist und der Keimgußbrocken innerhalb des Tiegels 6 angehoben ist.
Nachdem die anfängliche Bildung geschmolzenen Siliciums ausgeführt wurde, wird sofort kornförmiges Siliciummaterial 9 der geschmolzenen Oberfläche des geschmolzenen Siliciums 13 durch den Zuführkanal 10 zugeführt, um das Siliciummaterial 9 aufzuschmelzen, und die Halte- und Ziehvorrichtung 14 wird im Zustand einer aktivierten Heizeinrichtung 24 betätigt, um den Siliciumgußbrocken 12 einschließlich des Keimgußbrockens aus dem Tiegel 6 ohne Boden und der Heizeinrichtung 24 nach unten abzuziehen.
So wird das geschmolzene Silicium 13 seinerseits aus einem der elektromagnetischen Kraft unterliegenden Bereich abgezogen, um kontinuierlich zu erstarren, ausgehend von dem in Berührung mit Silicium 12 gebrachten Abschnitt, und dem Abschnitt, der gerade erstarrte, wird durch die Heizeinrichtung 24 der gewünschte axiale Temperaturgradient verliehen.
Durch Fortsetzen des oben beschriebenen Vorgangs des kontinuierlichen Materialzuführens, Schmelzens und Erstarrens kann ein anisotroper Siliciumgußbrocken hoher Qualität ohne thermische Spannung hergestellt werden.
Der hergestellte Siliciumgußbrocken 12 wird in die Gußbrokken-Entnahmekammer 5 dadurch überführt, daß die Vakuumabsperrvorrichtung 3 geöffnet wird und er der Gußbrocken-Entnahmekammer 5 entnommen wird, nachdem die Vakuumabsperrvorrichtung 3 geschlossen wurde.
Dem Trichter 8 wird eine vorgegebene Menge an Siliciummaterial 9 vom Zuführbehälter 4 dadurch zugeführt, daß die Vakuumabsperrvorrichtung 2 geöffnet wird, und danach erfolgen Vorbereitungen für das folgende Gießen durch erneutes Schließen der Vakuumabsperrvorrichtung 2.
Die Ergebnisse für einen tatsächlichen Gießvorgang mit dem oben beschriebenen Ablauf werden nachfolgend einschließlich denen für ein VERGLEICHSBEISPIEL beschrieben.
Der wassergekühlte Tiegel 6 ohne Boden besteht aus Kupfer und weist kreisförmigen Querschnitt auf, mit einem Innendurchmesser von 55mm, einem Außendurchmesser von 85mm, der Anzahl 12 der unterteilten Teile in Umfangsrichtung, einer Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen von 1,0 mm und einer Höhe der unterteilten Teile von 150mm. Die Innenwand dieses Tiegels 6 ohne Boden weist eine sich nach außen und in axialer Richtung nach unten vergrößernde Neigung mit einem Winkel von 0,75º auf. Die Induktionsspule 7 weist einen Innendurchmesser von 100mm, einen Außendurchmesser von 115mm und eine Höhe von 60mm auf. Die Anzahl von Windungen ist 6 und es wurde eine Induktionsfrequenz von 20 kHz ausgewählt. Es wurde eine geeignete Hochfrequenz-Spannungsquelle-Ausgangsleitung von 45 bis 50 kW bei einer kontinuierlichen Herunterziehgeschwindigkeit von 1,5mm/min. verwendet, wenn Silicium geschmolzen und kontinuierlich gegossen wurde.
Darüber hinaus weist die Heizeinrichtung 24 den in Fig. 2 dargestellten Aufbau auf, d.h., daß der wirksame Heizabschnitt über Zylinderform verfügt, mit einem Innendurchmesser von 60mm und einer Höhe von 150mm, so daß die Temperatur am oberen Ende auf der Seite des Tiegels ohne Boden auf 1050ºC eingestellt werden kann und die Auslaßtemperatur am unteren Ende auf 500ºC eingestellt werden kann. So wurde dem erstarrten Silicium 12 ein gleichmäßig abfallender Temperaturgradient von 40ºC/cm ab der Grenzfläche bis zum unteren Ende der Heizeinrichtung 24 verliehen.
Die oben beschriebene Tabelle 2 zeigt die Gießergebnisse, wenn die oben angegebenen Bedingungen realisiert sind.
Darüber hinaus wurde ein kreisförmiges Substrat mit einem Durchmesser von 50mm und einer Dicke von 0,35mm aus dem Gußbrocken, der heruntergezogen werden konnte, herausgeschnitten, mit dem Ergebnis, daß das kreisförmige Substrat während des Schneidvorgangs nicht mitten entzwei brach. Dies zeigt, daß keine thermische Spannung im Gußbrocken zurückblieb. Aus der Messung der Diffusionslänge dieses kreisförmigen Halbleitersubstrats stellte sich auch heraus, daß die Diffusionslänge bei einem P-Halbleiter 200 bis 300 Mikrometer bei 1 Ohm x cm betrug, und so kann ein polykristalliner Halbleiter, der durch die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt wurde, zufriedenstellend als Substrat zur Verwendung in Solarzellen verwendet werden.
Nachfolgend wird ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit dem in Fig. 3(a) dargestellten Aufbau beschrieben. Der Tiegel 6 ohne Boden besteht aus Kupfer und er wird mit Wasser gekühlt und weist einen quadratischen Querschnitt auf, bei dem eine Seite 80mm lang ist. Es wurde die Anzahl 20 für die unterteilten Teile, eine Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen von 1,0mm, eine Höhe der unterteilten Teile von 200mm ab dem unteren Ende des Tiegels sowie ein Neigungswinkel der Innenwand, der sich nach unten hin erweitert, von 0,75º ausgewählt. Die an diesen Tiegel 6 ohne Boden angebaute Induktionsspule 7 verfügte über quadratische Windungen, von denen eine Seite an der Innenfläche 120mm lang war. 6 Windungen, eine Höhe von 70mm und eine Seite mit einem Außendurchmesser von 150mm wurden gewählt.
Durch elektrisches Betreiben der Induktionsspule 7 mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 30kHz, der von der Hochfrequenz-Spannungsquelle zugeführt wurde, wurde ein geschmolzener Siliciumsee mit quadratischem Querschnitt mit einer Seitenlänge von 80mm und einer Höhe von 70mm innerhalb des Tiegels ohne Boden gebildet.
Der aus Molybdän hergestellte Heizer 30 mit quadratischem Querschnitt mit einer Seitenlänge an der Innenfläche von 86 mm, einer Seite an der Außenfläche von 100mm und einer Höhe von 200mm wurde direkt unter dem oben beschriebenen Tiegel 6 ohne Boden angeordnet. Ein aus Graphit gegossener Körper mit einer Dicke von 15mm wurde als Wärmeisolierwand 32 um die Außenseite des Molybdänleiters gewickelt. Darüber hinaus wurde die zweite Induktionsspule 31 mit einem quadratischen Innenquerschnitt mit einer Seitenlänge von 140mm, einem Außendurchmesser von 170mm und einer Höhe von 15mm um die Außenseite der Wärmeisolierwand 32 gewickelt, wobei ihre Höhe zur Höhe des oberen Endes der Heizeinrichtung 24 ausgerichtet wurde. Wenn die erste Induktionsspule 7 in Reihe an die zweite Induktionsspule 31 angeschlossen war und Silicium kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 1,5mm/min. gegossen und nach unten herausgezogen wurde, war die erforderliche Ausgangsleistung 70 bis 80kW.
In diesem Fall war der Heiz- und Wärmeisoliereffekt der Heizeinrichtung 24 für den Gußbrocken derartig, daß die Oberflächentemperatur des Leiters 30 1150 bis 1200ºC am oberen Ende der Heizeinrichtung 24 und etwa 500ºC am unteren Ende derselben betrug, und daß dem erstarrten Silicium ein leicht geneigter Temperaturgradient von 50ºC/cm von der Grenzfläche bis zum unteren Ende der Heizeinrichtung 24 verliehen werden konnte.
Halbleitereigenschaften dahingehend, daß die Diffusionslänge 200 bis 300 Mikrometer betrug, wurden auch für ein erfindungsgemäßes polykristallines Substrat erhalten, und so stellte sich heraus, daß ein erfindungsgemäßes polykristallines Substrat zufriedenstellend als Material zur Verwendung in Solarzellen verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Gießen von Silicium kann hochqualitative und billige Siliciumgußbrocken ohne thermische Spannung, was bisher für Halbleitergebrauch vernichtend war, durch kontinuierliches Gießen von Silicium durch elektromagnetische Induktion erzeugen.
Darüber hinaus kann das Eindringen von Silicium in die Lükken zwischen den unterteilten Teilen des Tiegels ohne Boden mit solchem Ausmaß unterdrückt werden, daß keine Schwierigkeiten beim Herabziehen erstarrten Siliciums auftreten, ohne daß viel elektrische Leistung zugeführt werden muß, und zwar dadurch, daß die Breite der Lücken zwischen den unterteilten Teilen des Tiegels ohne Boden eingestellt wird.
Ferner kann erstarrtes Silicium selbst dann, wenn es zu Eindringen von Silicium kommt, dadurch gleichmäßig heruntergezogen werden, daß der Innenwandfläche des Tiegels ohne Boden eine Neigung verliehen wird.
Im Ergebnis kann kontinuierliches Gießen von Silicium durch elektromagnetische Induktion wirtschaftlich und wirkungsvoll in industriellem Maßstab ausgeführt werden, um die Gießkosten von Silicium stark zu verringern.

Claims

1. Vorrichtung zum Gießen von Silicium, mit einer Induktionsspule (7), einem elektrisch leitenden Tiegel (6) ohne Boden, bei dem mindestens ein Teil in axialer Richtung in mehrere Teile (16) in Umfangsrichtung unterteilt ist, und der innerhalb der Induktionsspule (7) angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24) zum Erhitzen erstarrten Siliciums (12), die unter der Höhe der Grenzfläche zwischen geschmolzenem Silicium (13) und erstarrtem Silicium (12) innerhalb des Tiegels (6) ohne Boden angeordnet ist.

2. Vorrichtung zum Gießen von Silicium gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (24) so eingestellt wird, daß der Temperaturgradient in axialer Richtung ausgehend von der Grenzfläche zwischen dem geschmolzenen Silicium (13) und dem erstarrten Silicium (12) bis mindestens in einen Abschnitt mit einer Temperatur von 500ºC des erstarrten Siliciums (12) 25ºC/cm oder mehr, jedoch 100ºC/cm oder weniger beträgt.

3. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (24) eine Strahlungsheizeinrichtung ist, die unterhalb des Tiegels (6) ohne Boden in Verbindung mit diesem angeordnet ist.

4. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein exothermer Körper (22) der Strahlungsheizeinrichtung (24) aus Graphit, hochschmelzendem Metall oder elektrisch leitender Keramik hergestellt ist.

5. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daurch gekennzeichnet, daß sich Schlitze (17) zum Unterteilen des Tiegels (6) ohne Boden in mehrere Teile (16) bis zum unteren Ende des Tiegels (6) ohne Boden erstrecken.

6. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (6) ohne Boden eine Hohlstruktur aufweist und mit einem Einlaßrohr (18) und einem Auslaßrohr (19) versehen ist, um ein Kühlmittel durch seine Innenseite zu leiten.

7. Vorrichtung zum Gießen von Silicium gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (6) ohne Boden mit Ausnahme seines oberen Abschnitts in Umfangsrichtung in Teile (16) unterteilt ist, und daß das Einlaßrohr (18) und das Auslaßrohr (19) für das Kühlmittel im oberen Abschnitt des Tiegels (6) ohne Boden angebracht sind.

8. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel Wasser ist.

9. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Lücken (17) zwischen den in Umfangsrichtung unterteilten Teilen (16) des Tiegels (6) ohne Boden eine Breite von 0,3 bis 1,0 mm aufweisen.

10. Vorrichtung zum Gießen von Silicium nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandfläche des Tiegels (6) eine Neigung aufweist, die sich nach unten hin mit einem Winkel von 0,4 bis 2,0º aufweitet.