DE3743952C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen aus einem Schmelztiegel aus Quarz, der ein geschmolzenes Siliziummaterial enthält, einem ringförmigen Heizer aus Kohlenstoff, der so angeordnet ist, daß er den Schmelztiegel zur Beheizung des Siliziummaterials in dem Schmelztiegel umgibt.

Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der JP 61-1 32 597 (in patents Abstracts of Japan, Sect. C, Vol. 10, 1986) bekannt.

Siliziumkristalle, die als Substrat für Halbleiter verwendet werden, sind hauptsächlich nach dem Czochralski-Verfahren (CZ-Verfahren) hergestellt worden. Bei dem CZ-Verfahren wird ein Einkristallblock im Prinzip dadurch hergestellt, daß ein Schmelztiegel drehbar in einer Kammer aufgenommen wird, Siliziummaterial in den Schmelztiegel eingesetzt wird, in dem Schmelztiegel das Siliziummaterial durch einen Kohleheizer, der am Außenumfang des Schmelztiegels angeordnet ist, geschmolzen wird, ein drehbar aufgehängter Kristallkeim bzw. Impfkristall von oben mit der Oberfläche der Siliziumschmelze im Schmelztiegel eintauchend in Berührung gebracht und anschließend nach oben gezogen wird.

Um den Kohleheizer ist ein Wärmeisolierzylinder angebracht, der in herkömmlicher Weise hergestellt ist, indem filzartig gewebtes Gewebematerial aus Graphitfasern in einer Mehrzahl von Lagen auf den Außenumfang einer kohlenstoffreichen Zylinderplatte aufgewickelt ist. Das Wärmeisoliermaterial, das für den Wärmeisolierzylinder verwendet wird, hat eine Porosität von ungefähr 85%, eine relative inherente Dichte von ungefähr 1,7 und eine Raumdichte von ungefähr 0,4.

Im Falle der Verwendung eines Wärmeisolierzylinders, der durch zylindrisches Aufwickeln des Gewebematerials aus Graphitfasern hergestellt ist, muß die Wärmeabgabe des Heizers jedoch erhöht werden, da die Barrierewirkung des Wärmeisolierzylinders für die von dem Heizer erzeugte Wärme verhältnismäßig niedrig ist. Außerdem werden Graphitfasern oxidiert und hierdurch zersetzt und laufen hierdurch Gefahr während einer Langzeitverwendung aufgelöst zu werden, was eine Verunreinigung durch Eindringen von Kohlenstoffpulver in den Schmelztiegel mit sich bringt sowie ein Schrumpfen des Gewebematerials bewirkt und die Wirksamkeit der Isolation für die in der Kammer befindlichen Wärme vermindert. Entsprechend ist ein großer Wärmestrom erforderlich, um die Abkühlung der Kammer auszugleichen. Dies führt zu besonders schwierigen Problemen im Hinblick auf die gegenwärtigen Anforderungen, bei denen der Durchmesser des Schmelztiegels mit dem Durchmesser des Einkristallblockes wachsen muß und auch die Wärmeabgabe erhöht werden muß, um das Siliziummaterial zu schmelzen.

Außerdem kann keine ausreichende Wärmeisolationswirkung mit solchem Wärmeisoliermaterial erzielt werden, daß die oben erwähnten Kennwerte an Porosität, Faserdichte und Gewebedichte aufweist.

Übrigens wird teilweise als Schmelztiegel ein Schmelztiegel aus Quarzglas verwendet. Der Quarzschmelztiegel reagiert mit der Siliziumschmelze zu SiO-Gas entsprechend:

SiO₂ + Si → 2 SiO

Das SiO-Gas reagiert mit dem Kohlenstoff, der auf die höchste Temperatur erhitzt ist, zu CO-Gas entsprechend:

SiO + 2 C → SiC + CO

Im Ergebnis wird die Lebensdauer des Kohlenstoffheizers verkürzt. Durch die Einleitung von CO-Gas in die Siliziumschmelze steigt außerdem die Kohlenstoffkonzentration in dem Siliziumeinkristallblock und führt zu Kristalldefekten.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die in der Lage ist, eine Reaktion zwischen SiO-Gas und einem Kohlenstoffheizer zu verhindern, so daß die Lebensdauer des Kohlenstoffheizers erhöht wird und die Erzeugung von Siliziumeinkristallen möglich ist, die eine niedrige Kohlenstoffkonzentration und wenig Kristalldefekte enthalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Gasabschirmzylinder zwischen dem Schmelztiegel und dem Heizer so angeordnet ist, daß er den Schmelztiegel umgibt, und daß der Gasabschirmzylinder als ein dünner Zylinderkörper hergestellt ist.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, das Gasabschirmungsmaterial zur Reaktion mit dem SiO-Gas zu bringen, um eine Reaktion zwischen dem SiO-Gas und dem Kohleheizer zu verhindern und hierbei die Lebensdauer des Kohleheizers zu erhöhen. Da außerdem die Dicke des Gasabschirmungszylinders durch Verwendung von Graphitfasern mit einem kleinen Faserdurchmesser extrem vermindert werden kann, behindert dieser nicht die Wärmeleitung von dem Kohleheizer zu dem Schmelztiegel. Da jedoch der dünne Gasabschirmungszylinder leicht mit hoher Reinheit hergestellt werden kann, ist er in vorteilhafter Weise wirksam, um die Reinheit des Siliziumeinkristalles zu erhöhen und Kristalldefekte herabzusetzen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann zusätzlich ein Wärmeisolierzylinder aus wärmeisolierendem Material vorgesehen werden, der so angeordnet ist, daß er den Heizer umgibt. Durch einen solchen Wärmeisolierzylinder kann eine wirksame Wärmeisolation und eine hohe Temperaturhaltefähigkeit gewährleistet werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform besteht der Wärmeisolierzylinder zur Verwendung in einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen aus einer Mehrzahl plattenförmiger Teile aus wärmeisolierendem Material, die an ihren Seiten mit einander verbunden sind und zu einem Zylinderkörper zusammengefügt sind.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfaßt der Wärmeisolierzylinder zur Verwendung in einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen eine Mehrzahl rohrförmiger Teile aus wärmeisolierendem Material, die an ihren Umfangsflächen miteinander in Berührung sind und zu einem Zylinderteil zusammengefügt sind.

Gemäß einer dritten Ausführungsform umfaßt der Wärmeisolierzylinder zur Verwendung in einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen ein Kohlenstoffverbundmaterial, das durch Formgebung aufgewickelter Kohlenstoffasern in eine Zylinderform hergestellt ist.

Eine vierte Ausführungsform eines Wärmeisolierzylinders zur Verwendung in einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen besteht aus einem kohlenstoffartigen Zylinderteil aus mehrlagig in Zylinderform gewundenen Kohlenstoffasern und einem zylindrischen Kohlenstoffverbundmaterial, das wengistens in engem Kontakt mit einer Innenumfangsfläche des Zylinderteils steht, wobei das Verbundmaterial durch Formen von in eine zylindrische Form gewundenen Kohlenstoffasern hergestellt ist.

Entsprechend der ersten bis vierten Ausführungsform für Wärmeisolierzylinder ist es möglich, Wärmeisolierzylinder zur Verwendung in einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen zu schaffen, die eine hohe Wärmeisolationswirkung besitzen und keinerlei unerwünschte Einflüsse auf die physikalischen Eigenschaften des Siliziumeinkristalles ausüben.

Da außerdem bei der dritten Ausführungsform für einen Wärmeisolationszylinder die Dicke des Kohlenstoffverbundmaterials vermindert werden kann, kann zusätzlich zu dem vorbeschriebenen Effekt eine Reinigungsbehandlung des Wärmeisolierzylinders erleichtert werden und im Ergebnis dessen kann ein Wärmeisolierzylinder von hoher Reinheit und niedrigem Preis erhalten werden.

Das plattenförmige Teil, das im Rahmen des Wärmeisolierzylinders nach dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann so ausgebildet werden, daß es einen bogenförmigen Querschnitt besitzt, dessen Krümmungsradius dem Radius des Umgangsabschnittes des Wärmeisolierzylinders entspricht, so daß es z. B. ein zylindrisches Wärmeisoliermaterial sein kann, das in eine Mehrzahl von Abschnitten in Längsrichtung geteilt ist oder das, alternativ dazu, ein Rohr sein kann, das entlang einer Mittellängsebene zweigeteilt ist.

Das Wärmeisoliermaterial für diesen Wärmeisolierzylin­ der besteht vorzugswei­ se aus Siliziumkarbid oder Kohlenstoff.

Das rohrförmige Teil in dem Wärmeisolierzylinder nach der zweiten Ausführungsform kann dadurch gebildet werden, daß eine Mehrzahl rohrförmiger Teile zu einer Doppelzylinderanordnung zusammengefügt ist. Außerdem können Keramikfasern in die Hohlräume der rohrförmigen Teile eingefüllt werden oder diese Hohlräume können unter Vakuum gehalten werden, um die Wärmedämmeigenschaften bzw. Wärmeisolationswirkung weiter zu verbessern. Allerdings kann diese beabsichtigte Wirkung nur erreicht werden, wenn ein Ende jedes rohrförmigen Teiles verschlossen ist.

Das Wärmeisoliermaterial für den Wärmeisolierzylinder nach der zweiten Ausführungsform kann vorzugsweise aus einer Gruppe ausgesucht werden, die Quarzglas, Aluminium, Siliziumkarbid und Kohlenstoff enthält.

Das Kohlenstoffverbundmaterial für den Wärmeisolierzylinder nach der dritten oder vierten Ausführungsform kann dadurch erzeugt werden, daß die gewundenen Graphitfasern in Zylinderform gebracht werden, die so ausgeformten Graphitfasern mit Kunstharzen imprägniert und die so imprägnierten Graphitfasern gebrannt werden. Da solches Kohlenstoffverbundmaterial eine hohe mechanische Festigkeit hat, ist es möglich, das Graphitverbundmaterial für sich mit reduzierter Dicke und vermindertem Gewicht auszuführen.

Nach der ersten bis vierten Ausführungsform für einen Wärmeisolierzylinder, wie vorbeschrieben, ist es möglich, eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Züchtung von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen zu schaffen, bei der die Temperatur des Heizers vorzugsweise dem Schmelzgut zugute kommt, während nachteilige Wirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Siliziumeinkristalles vermieden sind.

In einer Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von rohrförmigen Teilen, zusammengefügt zu einer Zylinderform, so angeordnet sein, daß sie eine Mehrzahl plattenförmiger Teile, die zu einem Zylinder zusammengesetzt sind, umgeben, wodurch die Temperatur des Heizers noch besser lediglich im Innenraum der Einrichtung zur Wirksamkeit kommt und, im Ergebnis dessen, die Ausgangsleistung der Heizeinrichtung vermindert werden kann. Das Material für die plattenförmigen Teile und die rohrförmigen Teile kann dabei gleich sein.

Für einen Wärmeisolierzylinder zur Verwendung in einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen kann ein Wärmeisoliermaterial verwendet werden, das eine Porosität zwischen 50 und 99%, eine inhärente spezifische Dichte von 1,06-1,90 und eine spezifische Gewebeschicht zwischen 0,02 und 0,6 aufweisen kann.

Da das Wärmeisoliermaterial ein poröses kohlenstoffhaltiges Material ist, ist es möglich, ein Wärmeisoliermaterial zu schaffen, das eine hohe Wärmeisolierwirkung besitzt, ohne daß sich das Wärmeisoliermaterial selbst auflöst und entsprechend nachteilige Wirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Siliziumeinkristalles ausübt.

Das Verfahren zur Herstellung eines wärmeisolierenden Materials zur Verwendung für einen Wärmeisolierzylinder im Rahmen einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen kann einen Schritt der Imprägnierung eines Urethanschaumes mit einer flüssigen Mischung aus einem Kunstharz und einem sauren Härtungsmittel, einen Schritt des Verbrennens des imprägnierten Urethanschaumes aufweisen, um den Urethanschaum in Kohlenstoff umzuwandeln und einen Schritt aufweisen, den verbrannten Urethanschaum einer Chloratmosphäre bei einer Temperatur von nicht weniger als 2000°C auszusetzen.

Mit dem Verfahren ist es möglich, ein Wärmeisoliermaterial zu erzeugen, das eine hohe Wärmebeständigkeit besitzt und keinen unerwünschten Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften des Siliziumeinkristalles ausübt.

Das Kunstharz bzw. der Kunststoff, der in dem Verfahren benutzt wird, kann vorzugsweise ein wärmehärtendes Kunstharz bzw. duraplastischer Kunststoff, wie z. B. Phenolharz sein. Außerdem wird vorzugsweise Chlorwasserstoff als Säurehärtungsmittel in dem Verfahren verwendet.

Der Schritt des Brennens des Urethanschaumes wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise bei einer Temperatur von nicht weniger als 800°C durchgeführt, insbesondere bei einer Temperatur von nicht weniger als 1200°C.

Da in dem Verfahren der Schritt der Behandlung des Urethanschaumes in einer Chloratmosphäre bei einer Temperatur von nicht weniger als 2000°C ausgeführt wird, können Verunreinigungen, die nachteilige Wirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Siliziumeinkristalles ausüben könnten, beseitigt werden. Wenn die Temperatur bei diesem Schritt weniger als 2000°C beträgt, werden die Verunreinigungen nicht ausreichend zur Reaktion mit dem Chlorgas gebracht und die Reinheit des Kohlenstoffes kann nicht verbessert werden. Äußerst vorzugsweise wird der vorerwähnte Behandlungsschritt bei einer Temperatur von 2000 bis 2500°C ausgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 einen Vertikalschnitt (teilweise) einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen, versehen mit einem Wärmeisolierzylinder,

Fig. 2 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Wärmeisolierzylinders,

Fig. 3 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Wärmeisolierzylinders,

Fig. 4 einen Querschnitt einer Ausführungsform für einen Wärmeisolierzylinder,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt (Teilschnitt) einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen, versehen mit einem Wärmeisolierzylinder nach einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6 einen Querschnitt einer Ausführungsform eines Wärmeisolierzylinders nach der dritten Ausführungsweise,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt (Teilschnitt) einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen, versehen mit einem Wärmeisolierzylinder nach der vierten Ausführungsweise, und

Fig. 8 einen Vertikalschnitt (Teilschnitt) einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen, versehen mit einem Gasabschirmungszylinder, nach der vorliegenden Erfindung.

Die Ausführungsform der Wärmeisolierzylinder und der Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen lediglich der klareren Verdeutlichung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung und es sind von diesen vielfältige Veränderungen und Abweichungen möglich, ohne daß hierdurch die Erfindung verlassen wird, wie sie in den beigegebenen Ansprüchen bestimmt ist.

In Fig. 1 ist eine Zugkammer 2 auf einer Kammer 1 angeordnet. Eine Drehwelle 3 ist von einer unteren Öffnung der Kammer 1 eingesetzt und ein Schmelztiegelschutzteil 4 aus Kohlenstoff ist am oberen Ende der Drehwelle 3 befestigt, um im Inneren einen Schmelztiegel 5 aus Quarzglas schützend zu umgeben. Ein zylindrischer Kohleheizer 6 umgibt den Außenumfang des Schutzteiles 4 und ist mit Elektroden 7 verbunden, die von unten in die Kammer 1 eingeführt sind.

Ein Wärmeisolierzylinder 8, bestehend aus einer Mehrzahl plattenförmiger Teile, die zu einem Zylinder verbunden sind, erstreckt sich rings um den Außenumfang des Heizers 6 und ein temperaturabschirmender Zylinder, d. h. ein Wärmeisolierzylinder 9, bestehend aus einer Mehrzahl rohrförmiger Teile, die in gleicher Weise zu einem Zylinder verbunden sind, ist radial weiter außen liegend in Umfangsrichtung vorgesehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, hat jedes der plattenförmigen Teile 10a, bestehend aus Kohlenstoff zur Bildung des Wärmeisolierzylinders 8 einen komplementären Vorsprung und eine entsprechende Ausnehmung, die an beiden Seitenenden vorgesehen sind, so daß benachbarte Teile zusammengefügt werden können. Die Montage der plattenförmigen Teile 10a kann noch erleichtert werden, wenn sie an den oberen und unteren Enden mit schienenartigen Ringen befestigt werden, obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Der Wärmeisolierzylinder 8 ist nicht auf die Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, beschränkt, sondern kann, wie in Fig. 3 gezeigt eine Mehrzahl plattenförmiger Teile 10b enthalten, die jeweils durch Teilung eines Rohres aus Siliziumkarbid gewonnen wurden und alternierend, wie in Fig. 3 gezeigt, zu einer Zylinderform zusammengefügt sind. Der Wärmeisolierzylinder 9 wird, wie in Fig. 4 gezeigt, durch Zusammenfügen einer Mehrzahl von Rohren 11 aus Quarzglas zwischen einer oberen Ringschiene 11a und einer unteren Ringschiene 11b, die aus Kohlenstoff bestehen, hergestellt, wobei vier Stangen 12 in geeignetem Abstand verteilt angeordnet sind, um die Schienen 11a und 11b zur Halterung der Rohre 11 zu befestigen.

Der Wärmeisolierzylinder 9 kann von gleicher Struktur und von gleichem Material wie der Wärmeisolierzylinder 8 sein.

Ein Siliziumeinkristallblock wird unter Verwendung der gezeigten Einrichtung aufwärts gezogen, wie es nachfolgend erläutert ist. Das heißt nach dem Einsetzen des polykristallinen Siliziummaterials in den Schmelztiegel 5 wird der Heizer 6 mit elektrischem Strom versorgt, so daß hierdurch das Siliziummaterial im Schmelztiegel 5 geschmolzen wird. Anschließend wird ein Impfkristall bzw. Kristallkeim 16, der in einer Haltevorrichtung 15 am unteren Ende einer Zugwelle 14 befestigt ist und die von oben in die Zugkammer 2 hineinragt, in die Siliziumschmelze 13 eingetaucht und anschließend heraufgezogen, um hierdurch den Block 17 des Siliziumeinkristalles aufwärts zu ziehen.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform für das Wärmeisoliermaterial und das Verfahren zu seiner Herstellung erläutert.

Zuerst wird ein zylindrischer Urethanschaum in der Form mit 600 mm Innendurchmesser mal 700 mm Außendurchmesser mal 500 mm Höhe mit einem 3% Chlorwasserstoff als saures Härtungsmittel aufweisenden Phenolharz imprägniert und der Urethanschaum wird ausgehärtet und anschließend bei 1200°C für drei Stunden gebrannt, so daß der Urethanschaum in Kohlenstoff umgewandelt wird. Außerdem wird der gebrannte Urethanschaum einer Hochreinigungsbehandlung in einer Chloratmosphäre bei 2000°C für drei Stunden ausgesetzt.

Das so erhaltene kohlenstoffreiche poröse Material hat eine Porosität von 80%, eine spezifische Materialdichte von 1,78 und eine Raumdichte von 0,45 bei ausreichender mechanischer Festigkeit. Anschließend wird die Wärmeisolierfähigkeit des erhaltenen porösen kohlenstoffreichen Materials (Arbeitsmuster) durch Vergleich mit einem Gewebestück aus Graphitfasern, die, gefolgt von einer Formpreßteilherstellung in eine zylindrische Form gewickelt bzw. gewunden sind (Vergleichsmuster) geprüft, wobei angenommen wird, daß dieses Vergleichsmuster ebenfalls als Wärmeisolierzylinder Verwendung in einer Einrichtung zur Züchtung von Siliziumeinkristallen findet. Im Ergebnis dessen zeigt der Wärmeisolierzylinder des Arbeitsmusters eine vergleichbare Wärmeisolierfähigkeit in bezug auf den herkömmlichen Wärmeisolierzylinder, wobei aufgrund der Tatsache, daß keine Graphitfasern verwendet werden, eine nachteilige Abspaltung von Fasern oder dergleichen nicht auftritt und hierdurch die Kohlenstoffverschmutzung des Siliziumeinkristalles beseitigt wird.

Wenn die Siliziumeinkristalle tatsächlich unter Verwendung des erhaltenen kohlenstoffreichen porösen Materials für den Wärmeisolierzylinder der Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen heraufgezogen werden, kann die Ausbeute an Siliziumeinkristallen um 20% erhöht werden, da keine Verunreinigungen durch Lösen von Partikeln des Wärmeisolierzylinders auftreten.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. In Fig. 5 sind die gleichen Bestandteile wie diejenigen in der Einrichtung nach Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei diese Elemente bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurden.

In Fig. 5 sind Wärmeisolierzylinder 20, 21, 22 aus einem Kohlenstoffverbundmaterial in drei Schichten rings um den Außenumfang des Heizers 6 angeordnet, um den Durchtritt der Wärme vom Heizer 6 nach außen weitgehenst zu unterbinden. Die Wärmeisolierzylinder 20, 21, 22 werden durch Formteilherstellung von in eine Zylinderform gewundenen bzw. gewickelten Graphitfasern, Imprägnieren der geformten Graphitfasern mit einen Phenolkunstharz und anschließendem Brennen der imprägnierten Graphitfasern hergestellt.

Wie bei der oben beschriebenen Einrichtung wird eine Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration in dem Kristallblock 17 vermieden, da kein Kohlenstoff von den Wärmeisolierzylindern 20, 21, 22 gelöst wird. Außerdem kann durch Anordnung der Wärmeisolierzylinder 20, 21, 22 in drei Lagen bzw. Schichten, wie es hier beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt ist, die Temperaturhaltewirkung und der Wärmeisolationseffekt verbessert werden, um hierdurch Heizleistung einzusparen und die Strömungsmenge an Kühlwasser zu vermindern.

Da die Wärmeisolierzylinder in einer Mehrzahl von Schichten angeordnet sind, ist es nur erforderlich, den verbrauchten Isolierzylinder, der dem Heizer 6 am nächsten liegt, zu ersetzen, wobei dies vom wirtschaftlichen Standpunkt aus vorteilhaft ist und ebenso die Temperaturhaltefähigkeit und Wärmeisolierwirkungen erhöhen kann, um hierdurch Heizleistung für den Heizer 6 einzusparen und die Kühlwasser-Strömungsmenge zu vermindern.

In diesem Ausführungsbeispiel können Wärmeisolierzylinder bestehend aus einer Mehrzahl von Rohren oder bestehend aus plattenförmigen Teilen, die zu einem Zylinder zusammengefügt sind, gemeinsam verwendet werden zusätzlich zu dem Wärmeisolierzylinder, der aus einem Kohlenstoffverbundteil besteht, solange hierdurch keine Ablösung von Kohlenstoff verursacht wird.

In einer modifizierten Ausführungsform, die in Fig. 6 gezeigt ist, und bei der ein Wärmeisolierzylinder 21 mit wellenförmigem Querschnitt und Wärmeisolierzylinder 20, 22 gemeinsam angeordnet sind, kann die Festigkeit der Anordnung in Längsrichtung erhöht werden und eine vorzügliche Wärmeisolation und Temperaturhaltefähigkeit erlangt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel erläutert. In Fig. 7 tragen die gleichen Bestandteile der Einrichtung wie in Fig. 1 auch die gleichen Bezugszeichen und es wird bezüglich ihrer Erläuterung auf Fig. 1 verwiesen.

In der Einrichtung gemäß Fig. 7 ist ein Wärmeisolierzylinder 8 rings um den Heizer 6 angeordnet und ein Zylinderkörper 23 aus einem Kohlenstoffverbundmaterial, das durch Formen von in eine zylindrische Form gewundenen Graphitfasern hergestellt ist, ist in enge Berührung mit der Innenumfangsfläche des Zylinders 8 gebracht.

In dieser Einrichtung hat der Zylinderkörper 23, der in enger Anlage an dem Wärmeisolierzylinder 8 ist, für sich eine hohe mechanische Festigkeit und es fallen keine Graphitfasern von der Oberfläche des Wärmeisolierzylinders 8 ab. Da der Zylinderkörper 23 somit verhindert, daß kleine Teilchen von den Graphitfasern sich von der Oberfläche des Wärmeisolierzylinders 8 ablösen, können solche Teilchen von Graphitfasern nicht in die Siliziumschmelze fallen. Überdies ist der Zylinderkörper 23 dünn und kann leicht gereinigt werden, so daß dieser Zylinderkörper 23 mit hoher Reinheit vorliegt. Entsprechend kann die Kohlenstoffkonzentration des Blockes 17 zur Verringerung von Kristalldefekten vermindert werden.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen nach der vorliegenden Erfindung erläutert, die mit einem Gasabschirmzylinder versehen ist, wobei auf Fig. 8 Bezug genommen wird. In Fig. 8 sind die gleichen Bestandteile der Einrichtung wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und bezüglich ihrer Erläuterung wird auf Fig. 1 verwiesen.

In Fig. 8 ist ein dünner Gasabschirmzylinder 24, bestehend aus einem Kohlenstoffverbundteil mit gewundenen bzw. gewickelten Graphitfasern, zwischen einem Schutzkörper 4 und einem Kohleheizer 6 angeordnet.

Der Gasabschirmzylinder 24 wird durch Zylinderformgebung der gewundenen Graphitfasern hergestellt, wobei die so geformten Graphitfasern mit einem Phenolkunstharz imprägniert werden, die so imprägnierten Graphitfasern durch Wärmebehandlung ausgehärtet werden und die so wärmebehandelten Graphitfasern gebrannt werden. Die Dicke des Gasabschirmzylinders 24 beträgt 3 mm. Der Wärmeisolierzylinder 8 erstreckt sich rings um den Außenumfang des Heizers 6.

Der Wärmeisolierzylinder der Einrichtung, gezeigt in Fig. 8, kann die nachfolgend noch einmal zusammengefaßt erläuterten, modifizierten Ausführungsformen umfassen.

Ein Wärmeisolierzylinder 8 kann aus einer Mehrzahl plattenförmiger Teile bestehen, die miteinander entlang ihrer Seitenkanten verbunden und zu einem Zylinderkörper zusammengefügt sind.

Ein Wärmeisolierzylinder 8 kann aus einer Mehrzahl von rohrförmigen Teilen bestehen, die einander umfangsseitig berühren und zu einem Zylinderkörper zusammengefügt sind.

Ein Wärmeisolierzylinder 8 kann ein Kohlenstoffverbundteil sein, hergestellt durch Formpressen bzw. Formteilgebung von gewundenen Graphitfasern in Form eines Zylinderteiles.

Ein Wärmeisolierzylinder 8 kann ein Zylinderteil bilden, in dem Graphitfasern mehrlagig zylindrisch gewunden bzw. gewickelt sind und ein zylindrisches Kohlenstoffverbundmaterial aus gewundenen Kohlenstoffasern in enger Berührung mit zumindest einer Innenumfangsfläche des Zylinderteiles gebracht ist.

Für den Aufbau und das Material des Wärmeisolierzylinders 8 kann eine der Herstellungsweisen ausgewählt werden, die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläutert wurden.

Da der Gasabschirmzylinder 24 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, der als Kohlenstoffverbundmaterial durch Formgebung gewundener Graphitfasern hergestellt wurde, in Reaktion mit dem SiO-Gas gebracht ist, das bei der Reaktion zwischen dem Schmelztiegel 5 aus Quarzglas und der Siliziumschmelze 13 entsteht, ist es möglich, eine Reaktion zwischen dem SiO-Gas und dem Kohleheizer 6 zu verhindern und hierdurch die Lebensdauer des Heizers 6 zu erhöhen. Da der Gasabschirmzylinder 24 ein dünner Kohlenstoffverbundkörper ist, kann er leicht gereinigt werden und besitzt eine hohe Reinheit und all dies ist vorteilhaft zur Verringerung von Kristalldefekten in den Siliziumeinkristallen. Da der Gasabschirmzylinder 24 im Vergleich zum Heizer 6 mit sehr viel geringeren Kosten produziert werden kann, erhöht er die Kosten selbst bei häufigem Austausch nicht und ein zufriedenstellendes Siliziumeinkristall kann jederzeit in wünschenswerter Weise aufwärtsgezogen werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen unter Aufwärtsziehen aus einem Schmelztiegel (5) aus Quarz, der ein geschmolzenes Siliziummaterial enthält, einem ringförmigen Heizer (6) aus Kohlenstoff, der so angeordnet ist, daß er den Schmelztiegel (5) zur Beheizung des Siliziummaterials (13) in dem Schmelztiegel (5) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gasabschirmzylinder (24) zwischen dem Schmelztiegel (5) und dem Heizer (6) so angeordnet ist, daß er den Schmelztiegel (5) umgibt und daß dieser durch Formgebung von dünnen, gewundenen Kohlenstoffasern in einen dünnen Zylinderkörper hergestellt ist.

2. Vorrichtung zum Ziehen von Siliziumeinkristallen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Wärmeisolierzylinder (8) aus wärmeisolierendem Material so angeordnet ist, daß er den Heizer (6) umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierzylinder (8) eine Mehrzahl plattenförmiger Teile (10a, 10b) aufweist, die miteinander entlang ihrer Seitenkanten zu einem Zylinderkörper verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierzylinder (9) eine Mehrzahl von rohrförmigen Teilen (11) aufweist, die einander umfangsseitig berühren und zu einem Zylinderkörper zusammengeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierzylinder (8) ein Kohlenstoffverbundteil ist, das durch Formgebung von zu einer Zylinderform gewickelten Kohlenstoffasern hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierzylinder ein kohlenstoffartiges Zylinderteil (8) und ein zylindrisches Teil (23) aus einem Kohlenstoffverbundmaterial (23), das wenigstens mit einer Innenumfangsfläche des Zylinderteils in engem Kontakt steht, aufweist, wobei das Kohlenstoffverbundmaterial durch Formen von Graphitfasern, die in eine zylindrische Form gewickelt sind, hergestellt ist und wobei das Zylinderteil (8) durch Formen von mehrlagig zu einer Zylinderform gewickelten Kohlenstoffasern hergestellt ist.