DD275709A5 - Schale zur bewehrung eines quarztiegels - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels, welche zum Beispiel auf dem Gebiet der Kristallzüchtung aus einer Schmelze verwendet wird. Die erfindungsgemäße Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels ist aus einer Kohlenstopffaser ausgeführt, die zu 10 bis 150 % mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, und besitzt Durchgangsbohrungen, wobei das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Querschnitte dieser Durchgangsbohrungen und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Tiegels in einem Bereich von 0,15 bis 0,98 liegt. Fig. 1{Kristallzüchtung, Schmelze, Schale, Bewehrung, Quarztiegel, Kohlenstofffaser, Glanzkohlenstoff, Durchgangsbohrung, Gesamtfläche, Querschnitt, Flächeninhalt, Außenfläche}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgeblot der Erfindung Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kristallzüchtung aus einer Schmelze, und sie betrifft insbesondere eine Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels, der zur Züchtung von Halbleiterkristallen verwendet wird. Die Erfindung kann mit einer besonderen Wirksamkeit zur Züchtung von Einkristallen aus einer Schmelze beispielsweise von Silizium, Galliumarsenid und anderen Halbleitermaterialien ihre Anwendung finden, weil sie es gestattet, Wärmefelder in Übereinstimmung mit den Anforderungen, welche die technologischen Prozesse an die Temperaturgefälle in der Schmelze und

im Kristall stellen, zu erzeugen, Verzerrungen der Geometrie des WSrmefeldos, das von einom Heizelement erzeugt wird, auszuschließen, den Verunreinigungsgrad im Züchtungsraum zu vermindern und die Betriebszuverlässigkeit der Quarztiegel zu erhöhen.

Die Erfindung kann auch bei der Durchführung von technologischen Prozessen zur Herstellung von anderen Kristallen ihre Anwendung finden, die in einem Temperaturbereich von 1000 bis 2 000K verlaufen. Charakteristik de« bekannten Standes der Technik

Zur Bewehrung von Quarztiegeln finden Graphitschalen (Untersätze, Kokillen und ähnliches) eine umfassende Anwendung. Eine große Anzahl von verschiedenartigen Konstruktionen der Graphitschalen zeugt jedoch davon, daß zur Zeit keine Konstruktionen bestehen, die es ermöglichen, In einem breiten Beroich die Größen der Temperaturgefälle In der Schmelze und im Kristall zu ändern, ein Wärmefeld, das von einem Heizelement erzeugt wird, ohne Verzerrungen zu reproduzieren, den Verunreinigungsgrad im Züchtungsraum zu vermindern und dos Niveau der chemischen Wechselwirkung zwischen der Schale und dem Tiegel herabzusetzen. So wird z. B. zur Bewehrung eines Quarztiogels zur Züchtung der Siliziumeinkristalle nach CzDchralskl-Methode eine Graphithschale (ein Untersatz) verwendet (DE, C, 3005492). Die Verwendung dieser Schale führt zu einer Asymmetrie des Wärmefeldes, das vom Heizelement erzougt wird, stellt größere Temperaturgefälle in der Schmelze her und vermindert Im Verlauf des Prozesses wesentlich das axiale Temperaturgefälle im Kristall, wodurch die Leistung des Prozesses begrenzt wird. Eine größere Kontaktfläche zwischen der Schale und dem Tiegel führt zu einer chemischen Wechselwirkung derselben, was zu einer Steigerung des Vorunrelnigungsgrades Im Züchtungsraum führt und eine Zerstörung des Tiegels während des technologischen Prozesses herbeiführen kann. Zu einer Herabsetzung des Verunreinigungsgrades im Züchtungsraum (Ofenraum) wird die Schale, beispielsweise, In Freon gereinigt; zur Aufrechterhaltung des Reinheitsgrades der Schale beim Betrieb der Anlage werden die Graphitporen mit Glanzkohlenstoff, Siliziumkarbid und ähnlichen Stoffen verdichtet, was zu einer wesentlichen Erhöhung der Selbstkosten der Schale führt.

Die bekannten Schalen, die zur Bewehrung der Quarztiegel verwendet werden, begrenzen die Leistung der technologischen Prozesse, die Gewinnung der zu züchtenden Kristalle mit einer hohen Qualität und sind durch hohe Selbstkosten und eine nicht ausreichend hohe Betriebszuverlässigkuit gekennzeichnet.

Es ist eine Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels zur Kristallzüchtung aus einer Schmelze bekannt, die aus einem Seltenteil und einem Bodenteil besteht, aus einem Werkstoff auf Kohlenstoffbasis hergestellt ist und Durchgangsbohrungen aufweist (JP, B, 58-140392).

Durch die Verwendung von Graphit als Schalenmaterial werden die Möglichkelten der Anlage hinsichtlich der Leistung des Prozesses und der Qualität der zu züchtenden Kristalle begrenzt. Wie bekannt, nehmen die Temperaturgefälle im Unterkristpllberetch der Schmelze zu, während das axiale Temperaturgefälle im Kristall abnimmt, was zu einer bedeutenden Herabsetzung der Züchtungsgeschwindigkeit des Kristalls am Ende des Züchtungsprozesses führt. Eine ungleichmäßige Durchwärmung an der Umfangsfläche des Quarztiegels, din auf einen unterschiedlichen Kontakt mit der Graphitschale (Asymmetrie des Wärmefeldes in der Schmelze) zurückzuführen ist, macht eine Überhitzung der Schmelze erforderlich, um

dadurch ein Erstarren derselben durch die Tiegelwand zu vermeiden. Das führt, wie bekannt, zu einer Verminderung der Geschwindigkeit der Kristallzüchtung. Außerdem ist es bekannt, daß die Asymmetrie des Wärmefeldes in der Schmelze auf den Unterkristallbereich Obertragen wird, indem sie Mikrofehlar und andere Unvollkommenheiten der Struktur des zu züchtenden Kristalls hervorruft. Die Kontaktfläche zwischen der Graphitschale und dem Quarrtiegel ist beträchtlich, wodurch chemische Reaktionen ausgelöst werden, deren Produkte, falls sie über die Gasphase in die Schmelze und dann in den Kristall gelangen, zu einer Störung eines versetzungsfreien Einkristallwachstums führen können.

Außerdem ist es bekannt, daß die Graphitschale, welche eine hohe Porosität aufweist, bei Lagerung, Transport und Betrieb aus dem umgebenden Medium Beimengungen absorbieren kann, die (beispielsweise Laugen) in chemische Reaktionen mit Quarz treten und eine Zerstörung des Tiegels während der Kristallzüchtung bewirken können. Eine der Ursachen der Tiegelzerstörung im Stadium der Metallschmelze kann in einem größeren Temperaturunterschied zwischen der Oberkante des Tiegels und dem Tiegelboden liegen, was ebenfalls auf die Besonderheiten der Graphitschale zurückzuführen ist. Die Ausbildung der Schcle mit Durchgangsbohrungen gestattet es, Temperaturgofälle im Unterkristailberelch etwas zu vermindern, das axiale Temperaturgefälle im Kristall zu vergrößern und eine Asymmetrie des Wärmefeldes in der Schmelze und Im Unterkristailbereich herabzusetzen. Das führt seinerseits zu einer Steigerung der Züchtungsgeschwindigkeit (der Leistung der Züchtung) und einer Verbesserung der Qualität der zu gewinnenden Kristalle. Dabei vermindern sich jedoch die mechanische Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Schale, und es erhöhen sich bedeutend die Selbstkosten derselben. Durch die Verwendung von Graphit als Schalenmaterial werden die Möglichkeiten der Anlage hinsichtlich der Leistung der Züchtung und der Qualität der zu züchtenden Einkristalle boarenzt.

Sogar bei der Verwendung von hochfesten Graphitsorten liegt die ,Transparenz", welche von uns als Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Querschnitte von Durchgangsbohrungen und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Tiegels zum Ausdruck gebracht wird, unter 0,15.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Entwicklung einer neuen vervollkommneten Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels, der zur Kristallzüchtung nus einer Schmelze verwendet wird, die eine Formierung der Wärmefelder mit entsprechenden Temperaturgefällen in der Schmelze und in dem zu züchtenden Kristall sowie die Übertragung eines asymmetrischen Wärmefeldes vom Heizelement auf die Schmelze und den Unterkristallbereich ohne Verzerrungen bewirkt. Weitere Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen in der Entwicklung einer solchen Schale zur Bewehrung des Quarztiegels, die es ermöglicht, den Verunreinigungsgrad im Züchtungsraum des Tiegels und somit In dem zu züchtenden Kristall herabzusetzen, die Betriebszuverlässigkeit des Quarztiegels zu erhöhen, weiterhin in der Entwicklung einer solchen Schale zur Bewehrung des Quarztiegels, die eine hohe mechanische Festigkeit besitzt und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Schale zur Bewehrung des Quarztiegels zur Kristallzüchtung aus einer Schmelze zu entwickeln, deren Material und geritetechnlsche Ausführung eine verzerrungsfreie Übertragung des asymmetrischen Wärmefeldes auf die Schmelze und den Unterkristailbereich des zu züchtenden Kristalls sowie die Formierung der Wärmefelder mit entsprechenden Temperaturgefälle.i in der Schmelze und in dem zu züchtenden Kristall bewirken sowie zu einer Herabsetzung des Verunreinigungsgrades der Beimengungen im Züchtungsraum des Tiegels und damit in dem zu züchtenden Kristall beitragen und die Betriebszuverlässigkeit sowie die Korrosionsbeständigkeit des Quarztiegels erhöhen. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels zur Kristallzüchtung aus einor Schmelze, die einen Seitenteil und einen Bodenteil aufweist, die aus einem Kohlenstoffmaterial ausgeführt ist und Durchgangsbohrungen besitzt, das Material mit der Kohlenstoffbasis zumindest eines Teils der Schale eine Kohlenstoffaser darstellt, dia zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, wobei das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Querschnitte der Durchgangsbohrungen dieser Schale und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Tiegels in einem Bereich von 0,15 bis 0,98 liegt.

Die Ausführung der gesamten Schale oder eines beliebigen Teils derselben aus einer Kohlenstoffaser, die zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, ermöglicht deren Herstellung mit einem breiten Bereich hinsichtlich der Querschnittsflächen der Durchgangsbohrungen, weil die mechanische Festigkeit dieses Materials und dessen Korrosionsbeständigkeit diese Parameter für Graphitschalen wesentlich übersteigen. Der Bereich der Verdichtung wurde experimentell ermittelt. So wird z. B. im Falle, wo der Verdichtungsgrad der Kohlenstoffaser mit Glanzkohlenstoff unter 10% liegt, die Lebensdauer der Schale und somit die Betriebszuverlässigkeit des Tiegels stark vermindert. Ein Verdichtungsgrad von über 150% liefert keine wesentliche Erhöhung der Lebensdauer der Schale, eondorn führt zu einer bedeutenden Vergrößerung der Selbstkosten derselben. Eine Ausführung der Schale, bei der das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Querschnitte der Durchgangsbohrungen und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Tiegels 0,15 bis 0,98 beträgt, gewährleistet die Formierung der Wärmefelder in der Schmelze und im Kristall in einem breiten Bereich. Dabei wird von der Schale die Symmetrie des Wärmefeldes, das vom Heizelement erzeugt wird, nicht verzerrt. Der Verunreinigungsgrad im Züchtungsraum des zu züchtenden Kristalls wird sowohl durch eine Verminderung der chemischen Reaktionen zwischen der Schale und dem Tiegel infolge einer Reduzierung der Kontaktfläche zwischen diesen als auch durch eine Verminderung (um 2 Größenordnungen) der Masse der Schale herabgesetzt. Der Bereich des Verhältnisses zwischen der Gesamtfläche der Querschnitte von Durchgangsbohrungen und dem Flächeninhalt der Tiegelaußenfläche wurde experimentell ermittelt, und er beträgt von 0,15 bis 0,98. Im Falle, wo die Größe des Verhältnisses »unter 0,15 liegt, wird von der Schale die Symmetrie des vom Heizelement in der Schmelze zu erzeugenden Wärmefeldes auch im Unterkristallbereich verzerrt, wobei ebenfalls Begrenzungen hinsichtlich der Temperaturgefälle in der Schmelze und im Kristall entstehen. Eine Überschreitung des Bereiches von 0,98 kann zu einer Zerstörung der Schale während der Kristallzüchtung führen.

Zur Herstellung der zu züchtenden Kristalle mit einem verminderten Kohlenstoffgehalt ist die Schale zweckmäßigerweise im Körper des Quarztiegels unterzubringen. In diesem Falle wird die Möglichkeit einer Übertragung des Kohlenstoffes Ober die Gasphase aus der Schale auf die Schmelze

und weiter auf den zu züchtenden Kristall ausgeschlossen.

Es ist empfehlenswert, die Schale zur Bewehrung des Quarztiegels derart auszuführen, daß der Querschnitt einer Durchgangsbohrung der Schale der Fläche eines Quadrates mit einer Seite gleich ist, die 1 bis 20 Wanddicken des Tiegels beträgt. Dadurch wird die «Transparenz* der Schale in einem breiten Bereich unter Erhaltung der Betriebszuverlässigkeit des Quarztiegels gewährleistet. Der Bereich der Querschnittsfläche einer Durchgangsbohrung der Schale wurde experimentell

gewählt. Im Falle, wo diese' Bereich unter einoi Dicke der Tiegelwand liegt, wird von der Schale die Symmetrie des vom

Heizelement zu erzeugenden Wärmefeldes verzerrt; außerdem bleiben die in der Schmelze und im Unterkristallbereich

vorhandenen Tempereturgefälle recht hoch. Eine Überschreitung des Bereiches von 20 kann eine Zerstörung (undichte Stellen) der Quarztiegelschale infolge einer geringen Viskosität des Quarzes bei Temperaturen von oberhalb 1700 K verursachen.

Es ist empfehlenswert, die Schale derart auszuführen, daß die Dicke der Wand ihres Seitenteils 0,1 bis 2,5 der Dicke der Tiegelwand beträgt. Dadurch werden eine hohe mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Schale im gewählten Bereich der

„Transparenz" gewährleistet. Der Bereich der Wanddicke des Seitenteils dor Schale wurde experimentell, ausgehend von den

Werten der Betriebszuverlässigkeit und der Selbstkosten gewählt. Liegt die Wanddicke der Schale unter 0,1 der Wanddicke des Tiegels, dann sind die mechanische Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit der Schale nicht ausreichend, während bei einer Größe der Wanddicke der Schale von über 2,5 der Wanddicke des Tiegels die Selbstkosten dor Schale unbegründet zunehmen

und deren .Transparenz" abnimmt.

Es ist empfehlenswert, die Schale derart auszuführen, daß die Dicke der Wand ihres Bodenteils 1 bis 5 Dicken der Tiegelwand

beträgt.

Dadurch wird die Betriebszuverlässigkeit des Tiegels infolge einer Verminderung des Temperaturunterschiedes zwischen

dessen Seitonteil und Bodenteil noch mehr erhöht. Der Bereich der Wanddicke des Bodenteils der Schale wurde experimentell gewählt. Liegt die Dicke der Wand unter der Dicke der Tiegeiwand, dann ist die Betriebszuverlässigkeit nicht ausreichend, während bei einer Größe der Wanddicke der Schale von über 5 Dicken der Tiegelwand die Betriebszuverlässigkeit des Tiegels abnimmt und die Selbstkosten der Schale zunehmen.

Au«führung»bel»plele

Andere Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehend angeführten Ausführungsboispiele und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Erwärmungseinrichtung mit einer Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels, der zur

Züchtung von Einkristallen nach Czochralski-Methode verwendet wird, im Längsschnitt; Fig. 2: eine erfindungsgemäße Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels, im Längsschnitt; Fig. 3: eine erfindungsgemäße Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels, die im Körper des Tiegels untergebracht ist, im

Längsschnitt; Fig. 4: eine erfindungsgemäße Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels mit einem Seitenteil aus einer Kohlenstoffaser und

einem Bodenteil aus Graphit, im Längsschnitt; Fig. 5: einen Quarztiegel mit der erfindungsgemäßen Schale zur Bewehiung des Tiegels, deren Bodenteil aus einer

Kohlenstoffaser hergestellt ist, im Teillängsschnitt; Fig.6: einen Bodenteil einer erfindungsgemäßen Schale zur Bewehrung des Quarztiegels, die aus einer Kohlenstoffaser hergestellt ist, im Querschnitt.

Es wird eine Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels vorgeschlagen, die zur Kristallzüchtung aus einer Schmelze,

beispielsweise zur Züchtung von Siliziumkristallen aus einer Schmelze nach der Czochralski-Methode, verwendet wird.

Fig. 1 zeigt eine Erwärmungseinrichtung, die einen Quarztiegel 1 vorsieht, welcher in einer Schale 2 zu seiner Bewehrung

untergebracht und an einer Kolbenstange 3 angeordnet ist, die mit Antrieben (in der Fig. nicht wiedergegeben) zur Dreh· und

Senkrechtbewegung verbunden Ist. An der Außenseite des Quarztiegels 1 sind koaxial zu diesem ein Widerstandsheizelement 4,

welches ein Wärmefeld in der Schmelze 5 mit vorgegebenen Temperaturgofällen erzeugt, sowie Erwärmungsschirme β angeordnet. Der Kristall 7, welcher mit dem Kristallkeim 8 aus der Schmelze 5 gezüchtet wird, wird an der oberen Kolbenstange befestigt, welche für die Drehung des Kristalls um die Achse und für dessen Senkrechtbewegung sorgt.

Die Erwärmungseinrichtung ist In einer Kammer 10 untergebracht, die mit den Elementen der Erwärmungseinrichtung einen Züchtungsraum 11 für den zu züchtenden Kristall 7 bildet. Die Schale 2 zur Bewehrung des Quarztiegels 1 besteht aus einem Seitenteil 12 und einem Bodenteil 13, ist aus einem Material

auf der Basis von Kohlenstoff ausgeführt und weist Durchgangsbohrungen 14 (Fig. 2) auf.

Gemäß der Erfindung ist mindestens ein Teil, Seitenteil 12 oder Bodenteil 13, oder die ganze Schale 2 aus einer Kohlenstoffaser

ausgeführt, die zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, wodurch dio Herstellung einer Schale 2 gewährleistet wird, die eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine Schale 2, bei der der Seitenteil 12 aus einer Kohlenstoffaser ausgeführt ist, die zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, während der Bodenteil 13 aus Graphit ausgeführt ist. Die Ausführung der ganzen Schale 2 oder eines der Teile derselben aus einer Kohlenstoffaser, die zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, gestattet es, die .Transparenz" der Schale 2 In einem breiten Bereich zu bewirken, wobei die Betriebszuverlässigkeit der Schale infolge einer hohen mechanischen Festigkeit und einer hohen Korrosionsbeständigkeit

aufrechterhalten werden. Die mechanische Festigkeit Ist dabei durch hohe Festigkeitseigenschaften der Kohlenstoffaser bedingt, während die Korrosionsbeständigkeit durch die Beseitigung der Poren durch Behandlung mit Glanzkohlenstoff gewährleistet wurde.

Die erfindungsgemäße Schale 2 ist auch dadurch gekennzeichnet, daß bei dieser Schale das Verhältnis zwischen der summarischen Fläche der Querschnitte der Durchgangsbohrungen 14 und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Quarztiegels 1 in einem Bereich von 0,15 bis 0,98 liegt.

Durch die Ausführung der Schale 2 mit einer „Transparenz* von 0,15 bis 0,98 wird die Formierung der Wärmsfelder in der Schmelze 5 und im Kristall 7 in einem breiten Bereich gewährleistet. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Schale 2 nicht mehr als Erwärmungsschirm zwischen der Schmelze 5 und dem Widerstandsheizelement 4 wirkt, wie das bei den in der Welt praxis zu verwendenden Konstruktionen der Fall ist. Die hohe ,Transparenz" der Schale 2 gestattet es praktisch, das vom Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärmefeld auf den Kristallisationsbereich des zu züchtenden Kristalls 7 zu übertragen, wobei die Symmetrie des Wärmefeldes relativ zu der Achse des zu züchtenden Kristalls 7 aufrechterhalten wird. Eine gleichmäßige Durchwärmung des Quarztiegels 1 gestattet es, die Geschwindigkeit der Züchtung des Kristalls 7 zu erhöhen, die am Ende des Prozesses infolge einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit der Schale 2 aufrechterhalten wird, welche niedrige Wärmeleitfähigkeit durch das verwendbar Material und das Verhältnis zwischen der Querschnittsfläche der Durchgangsbohrungen 14 und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Quarztiegels 1 bedingt ist. Dadurch wird es außerdem möglich, eine Erwärmung des Kristalls 7 durch die Schale 2 auszuschließen, die Kontaktfläche zwischen der Schale 2 und dem Quarztiegel 1 zu reduzieren, was zu einer Senkung des Niveaus der chemischen Wechselwirkung zwischen diesen und als Folge zu einer Herabsetzung des Varunreinigungsgrades im Züchtungsraum 11 führt, der von der Kammer 10 und den Elementen der Erwärmungseinrichtung gebildet wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante der Schale 15, die ganz aus einer Kohlenstoff aser ausgeführt ist, welche zu 10 bis 15O⁰C mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, die im Körper des Quarztiegels 16 untergebracht ist und Durchgangsbohrungen 17 aufweist. Eine solche Anordnung der Schale 15 gestattet es, den Verunreinigungsgrad im Züchtungsraum des zu züchtenden Kristalls herabzusetzen, und die Möglichkeit einer Übertragung des Kohlenstoffes durch die Gasphase aus der Schale auf die Schmelze und weiter auf den zu züchtenden Kristall auszuschließen.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsvariante der Schale 18 zur Bewehrung det, Quarztiegels 19, der einen Seitenteil 20 und einen Bedenteil 21 aufweist. Der Seitenteil 20 der Schale 18 ist aus einer Kohlenstoffaser ausgeführt, die zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet Ist, während der Bodenteil 21 aus Graphit ausgeführt ist.

Dabei ist die Querschnittfläche einer Bohrung 22 der Schale 18 der Fläche eines Quadrates gleich, das eine Seite aufweist, die 1 bis 20 Dicken L der Wand des Quarztiegels 19 beträgt. Die Wahl eines solchen Bereiches ist durch die Erzielung einer maximalen ,Transparenz" der Schale 18 unter Aufrechterhaltung der Betriebszuverlässigkeit des Quarztiegels 19 bedingt. Fig. 5 stellt eine Ausführungsvariante der Schale 23 zur Bewehrung eines Quarztiegels 24 dar, die aus einem Seitenteil 25 und einem Bodenteil 26 besteht. Dabei sind die beiden Teile 25 und 26 der Schale 23, d.h. die ganze Schale 23 aus einer Kohlenstoffaser ausgeführt, die zu 10 bis 150 % mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist.

Dabei liegt die Dicke k der Wand des Seitenteils 25 der Schale 23 in einem Bereich von 0,1 der Dicke I der Wand des Quarztiegels 24 bis 2,5 Dicken I der Wand des Qucrztiegels 24.

Die Dicke m der Wand des Bodenteils 26 der Schale 23 liegt in einem Bereich von einer Dicke I der Wand des Tiegels 24 bis 5 Dicken I der Wand des Quarztiegels 24. Die Dicken k und m der Wand des Seitenteils 25 und des Bodenteils 26 der Schale 23 werden mit Rücksicht auf die Gewährleistung der Betriebtiuverlässigkeit der Schale 23 und des Quarztiegels 24 unter minimalen Selbstkosten der Schale 23 gewählt.

Der Seitenteil 26 der Schale 23 und der Bodenteil 26 weisen Durchgangsbohrungen 27 bzw. 28 auf. Die Form der Durchgangsbohrungen 27 und 28 kann ganz unterschiedlich sein. Der Seitenteil 25 der Schale 23 Ist beispielsweise in Form eines Netzes mit Durchgangsbohrungen 2 ausgeführt, die die Form eines Rhombus (Fig. 6) aufweisen, während der Bodenteil 26 der Schale 23 in Form eines Netzes mit dreieckigen Durchgangsbohrungen 28 ausgebildet ist (Fig.6). Die in Fig. 1 bis 6 wiedergegebenen Konstruktionen der Schalen 2,15,18,23 gewährleisten Verhältnisse zwischen den Gesamtflächen der Querschnitte der Durchgangsbohrungen 14,17,22,27,28 und dan Flächeninhalten der Außenflächen der Quarztiegel 1,16,19,24 in einem Bereich von 0,15 bio 0,98.

Die erfindungsgemäße Schal» gestattet es, neben den oben erwähnten Vorzü^an, die mit der Formierung der Wärmefelder, einer Herabsetzung dos Verunreinigungsgrades in der Kammer und mit einer Erhöhung der Betriebszuverlässigkeit der Quarztiogel verbunden sind, den Energieaufwand zu vermindern und den Verbrauch von hochgereinigtem Graphit zu reduzieren, dessen Kosten mit der Vergrößerung der Tiegelmasse s'jrk zunehmen. Die Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels hat folgende Wirkungsweise.

In einen Quarztiegel 1 wird kristallines Silizium eingebracht, und der Quarztiegel 1 wird in einer Schale 2 untergebracht. Dann wird der Quarztiegel 1 an einer Kolbenstange 3 in einer Kammer 10 angeordnet, in der ein Widerstandsheizelement 4 und Erwärmungsschirme 6 untergebracht sind. Anschließend wird die Kammer 10 hermetisch abgeschlossen, und in dioser wird Vakuum erzeugt. Danach wird sie mit Argon gefüllt. Das Widerstandsht>lzelement 4 wird eingeschaltet und auf eine Temperatur von 1900 K erhitzt. Infolge einer Wärmeübertragung durch Ausstrahlung vom Widerstandsheizelement 4 auf das kristalline Silizium wird dieses im Quarztiegel 1 geschmolzen (bei einer Schmelztemperatur von 1690K). Dabei ist zwischen dem Widersitndsheizelement 4 und der Siliziumschmelze 5 eine ,Transparente" Schale 2 angeordnet. Nach dem Schmelzen des Siliziums wird in die Schmelze 5 ein Kristallkeim 8 eingetaucht, der an einer Kolbenstange 9 befestigt ist; durch die Drehung und Beweg mg der Kolbenstange 9 wird der Kristall 7 auf den Kristallkeim 8 gezogen.

Die erfindungsgemäße Schale 2, in welcher der Quarztiegel 1 untergebracht ist, ermöglicht es, Temperaturgefälle im Unterkristallbereich herabzusetzen und das axiale Temperaturgefälle Im Kristall zu erhöhen. Dabei vermindert sich die Asymmetrie des Wärmefeldes in der Schmelze, wodurch die Geschwindigkeit der Züchtung des Kristalls und dessen Qualität erhöht werden. Außerdem wird die Kontaktfläche zwischen der Schale und dem Tiegel wesentlich reduziert, was seinerseits zu einer Verminderung der Menge der Produkte von chemischen Reaktionen im Züchtungsraum und des Überganges derselben in den Kristall und folglich zu einer Verbesserung der Qualität des zu züchtenden Kristalls führt.

* Die oben beschriebenen Ausführungsvariantm der Erfindung wurden nur als Ausfühl ungsbeispiele angeführt, und sie beschränken das Patentbogehren nicht. Es sind verschiedene Vervollkommnungen und Änderungen der Erfindung ohne seine Abweichung vom Erfindungswesen und -umfang möglich, die von den Patentansprüchen bestimmt Rind.

Claims (5)

1. Schale zur Bewehrung eines Quarztiegels zur Kristallzüchtung aus einer Schmelze, die einen Seitenteil und einen Bodenteil aufweist, aus einem Kohlenstoffmaterial ausgeführt ist und Durchgangsbohrung besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlenstoffmaterial zumindest eines Teils (12,20,25 oder 13,21,26) der Schale (2,15,18,23) eine Kohlenstoffaser darstellt, die zu 10 bis 150% mit Glanzkohlenstoff verdichtet ist, wobei das Verhältnis zwischen der Gesamtfläche der Querschnitte der Durchgangsbohrungen (14,17,22,27,28) und dem Flächeninhalt der Außenfläche des Tiegels (1,16,19,24) in einem Bereich von 0,15 bis 0,98 liegt.

2. Schale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Körper des Quarztiegels (1,16,19,24) untergebracht ist.

3. Schale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt einer Durchgangsbohrung (22) der Fläche eines Quadrates mit einer Seite gleich ist, die einer Dicke (L) bis 20 Dicken (L) der Wand des Tiegels (19) gleich ist.

4. Schale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (k)derWand ihres Seitenteils (25) 0,1 der Dicke (I) bis 2,5 Dicken (I) der Wand des Tiegels (24) beträgt.

5. Schale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (m) der Wand ihres Bodenteils (26) eine Dicke (I) von bis zu 5 Dicken (I) der Wand des Tiegels (24) beträgt.