(57)【要約】  本発明は、半導体グレードのシリコンのインゴットを多結晶化し、シリコン窒化物から作られる坩堝、または、シリコン炭化物及びシリコン窒化物の複合体から作られる坩堝内で供給シリコン材料を溶融することも任意に備えることによって、凝固工程を用いた改善された制御及び前記インゴット内の酸素及び炭素不純物の低下したレベルを可能にする、半導体グレードの多結晶シリコンのインゴットの方向性凝固の方法であって、坩堝の下部の壁厚は、下部を横切る熱抵抗が、坩堝を支持する下にある支持体を横切る熱抵抗と少なくとも同一のオーダーのレベルまたはそれ未満まで低下されるように採寸される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多結晶半導体グレードのシリコンのインゴットの方向性凝固の方法であって、
前記半導体グレードのシリコンのインゴットを多結晶化する段階と、シリコン窒化物から作られる坩堝、または、シリコン炭化物及びシリコン窒化物の複合体から作られる坩堝内で供給シリコン材料を溶融する段階も任意に備え、
前記坩堝の下部の壁厚は、前記下部を横切る前記熱抵抗が、前記坩堝を支持する下にある支持体を横切る熱抵抗と少なくとも同一のオーダーのレベルまたはそれ未満まで低下されるように採寸されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法は、本質的に垂直に配向された熱流束を得るために前記坩堝の側壁を熱的に絶縁することも含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
グラファイトまたは炭素フェルトの層が、前記坩堝の側壁の熱的な絶縁体として使用されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記方法は、方向性凝固によってソーラーグレードの多結晶シリコンのインゴットを製造するために適用されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記方向性凝固は、ブリッジマン法またはブロック鋳造法であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記結晶化の開始に形成される結晶の数は、高い導電性の配向されたグラファイトと等方性のグラファイトの領域とのパターンを有する前記坩堝の下のグラファイトの複合体シートの使用によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記方法は、前記初期結晶化の後に、結晶化を実現するために前記熱流束を再び反転する前に、形成された結晶の部分的な溶融をもたらす前記熱流束を反転することも含むことを特徴とする請求項１または６に記載の方法。
【請求項８】
半導体グレードの多結晶シリコンのインゴットを製造するための坩堝であって、
前記坩堝は、シリコン窒化物、または、シリコン炭化物及びシリコン窒化物の複合体から作られ、
前記坩堝の下部の壁厚は、前記下部を横切る前記熱抵抗が、前記坩堝を支持する下にある支持体を横切る熱抵抗と少なくとも同一のオーダーのレベルまたはそれ未満まで低下されるように採寸されることを特徴とする坩堝。
【請求項９】
前記坩堝は、全てが正方形の断面の坩堝を定義する窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）から作られる１つの下部プレート要素（１、１０）と４つの壁要素（３、５、１２）とで組み立てられ、
隣接する壁要素（３、５、１２）間及び前記壁要素（３、５、１２）と下部要素（１、１０）との間の結合部は、シリコン窒化物の固相を形成するために実質的に純粋な窒素雰囲気で組立体が加熱される前に、シリコン含有シーリング剤ペーストを付けることによって密閉されて固定されることを特徴とする請求項３に記載の坩堝。
【請求項１０】
前記坩堝は、間欠的な順序で１つの下部プレート（１）、２つの側壁（３）及び２つの側壁（５）を用いて組み立てられ、
前記下部プレート（１）は、上部対向表面の各々の側端に沿った溝（２）を有する四角形のプレートであり、ここで、前記溝（２）は、前記側壁（３、５）の下端部が前記溝（２）に入ってタイトフィットを形成するように適合され、
前記壁要素（３）は、内側を前記坩堝に向かわせる前記表面の両端部に沿った溝（４）が備えられ、前記壁要素（３）は、前記壁要素（５）の側端にタイトフィットを与えるように採寸されることを特徴とする請求項４に記載の坩堝。
【請求項１１】
前記壁要素が、前記下部及び上部の側端が平行で前記側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、前記壁要素（３）の溝（４）及び側端は、合同な角の方向性が与えられ、
前記壁要素（３）は、突出部（７）が備えられ、
前記壁要素（５）は、突出部（６）が備えられ、
前記突出部（６、７）は、前記坩堝を組み立てる際に２つの側部の要素（３、５）を共に緊密に保持するロッキンググリップを形成するように形付けられることを特徴とする請求項５に記載の坩堝。
【請求項１２】
前記壁要素（３、５）及び下部要素（１）は、シーリングペーストの使用なしに組み立てられることを特徴とする請求項４から６の何れか一項に記載の坩堝。
【請求項１３】
前記坩堝は、１つの下部プレート（１０）及び４つの側壁（１２）を用いて組み立てられ、
前記下部プレート（１０）は、上部対向表面の各々の側端に沿った２つの開口部（１１）を有する四角形のプレートであり、
前記壁要素（１２）は、開口部（１１）に入るように適合される２つの下方対向突出部（１３）が備えられ、下部要素（１０）、１つの側端上の２つの側部の突出部（１４）及び他の側端上の２つの突出部（１５）とタイトフィットを形成し、
前記突出部（１４、１５）は、２つの壁要素（１２）が前記坩堝の隣接する壁を形成して組み立てられる際に前記突出部（１４）が前記突出部（１５）の間の空間に入ってタイトフィットを形成するように採寸されることを特徴とする請求項４に記載の坩堝。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝固工程を用いた改善された制御及びインゴット内の酸素及び炭素の不純物の低下したレベルを可能にする半導体グレードの多結晶シリコンのインゴットの方向性凝固用の方法に関する。本発明は、この方法を可能にする坩堝にも関する。
【背景技術】
【０００２】
化石油の世界的な供給は、この数十年の間に徐々に尽きてくることが期待されている。これは、現在のエネルギー消費と世界のエネルギー需要のやってくる増加を共にカバーするために、前世紀における我々の主なエネルギー源が数十年以内に置き換えられなければならないことを意味する。
【０００３】
さらに、化石エネルギーの使用が、危険な状態になるかもしれない程度に地球の温室効果を増加させることに、多くの関心が高まっている。従って、化石燃料の現在の消費は、好ましくは、再生可能で我々の気候及び環境を維持できるエネルギー源／キャリアによって置き換えられなければならない。
【０００４】
１つのこのようなエネルギー源は、人類のエネルギー消費のあらゆる予測される増加を含む、現在の一日の消費より大幅に多いエネルギーを有して地球を放射する太陽光である。しかしながら、太陽電池電力は、最近まで、原子力、火力などに対抗するには高すぎている。太陽電池電力の莫大なポテンシャルが実現されるべき場合、これは、変化する必要がある。
【０００５】
太陽光パネルからの電力のコストは、エネルギー変換効率及び太陽光パネルの生産コストの関数である。太陽電池の製造コストエネルギー効率の両方が改善されなければならない。
【０００６】
多結晶シリコンウエハのシリコンベースのソーラーパネルに対する優位的な工程ルートは、現在、多結晶のインゴットをブロックに切断し、次いでさらにウエハにすることによる。多結晶のインゴットは、ブリッジマン法または関連する技術の使用による方向性凝固（directional solidification）によって形成される。インゴット製造における主たる挑戦は、満足のいく結晶品質を得るためにインゴットの方向性凝固中に、シリコン原料の純度を維持し及び温度勾配の十分な制御を得ることである。
【０００７】
坩堝が溶融シリコンに直接接触する（または、剥離性被覆を介して間接接触する）ので、不純物に関する問題は坩堝材料に強く関係する。従って、坩堝の材料は、溶融シリコンに対して可能な限り化学的に不活性であり、比較的長期間にわたって約１５００℃までの高温に耐えるべきである。また、これらの製造方法におけるインゴットの凝固中の熱抽出が、坩堝支持体以下の領域の低い温度を維持することによって得られ、結晶化の熱と、溶融されたシリコン、シリコン結晶、坩堝の下部及び支持体プレートを介した炉の上部部分からの移動される熱とのためのヒートシンクを生成するので、坩堝材料は、温度の最適な制御を実現するために重要である。炉の上部部分は、坩堝または内容物を有する坩堝を含む支持体プレートの容積からなる。
【０００８】
熱は、熱伝導のフーリエの法則に従って高温から低温まで移動し、それは、一次元形態で以下のように記述することができる。
【０００９】
【数１】
2009541195.tif 000003
【００１０】
ここで、Ｑ／Ａは、領域毎に移動される熱であり、Δｘｉは、材料層ｉの厚さであり、ｋｉは、材料ｉの熱伝導率であり、及び、ΔＴは、全体の温度差である。多層に関して、各々の層にわたる温度差は、熱抵抗Δｘｉ／ｋｉに比例する。
【００１１】
ブリッジマン法に基づく現在の産業上の製造では、坩堝は、通常、満たされた坩堝の充填物を保持するために十分な寸法のグラファイト基板に基づく。機械的な安定のために必要な厚さは、３−１０ｃｍの範囲であろう。等方性グラファイトの熱伝導率は、５０−１００Ｗ／ｍＫである。
【００１２】
二酸化シリコン（溶融シリカ）ＳｉＯ２は、現在、高純度の形態の利用可能性のために、坩堝及び型用途における好ましい材料である。坩堝が形成される溶融シリカ材料の熱伝導率は、約１−２Ｗ／ｍＫである。この坩堝の壁及び下部は、一般的に１−３ｃｍの範囲の厚さを有する。従って、産業によって現在使用される構成では、坩堝の下部は、支配的な熱抵抗である。約２ｃｍの一般的な坩堝の下部厚さと５ｃｍの支持プレート厚さを有して、全体の温度の差の９０から９５％が坩堝の下部にわたって局在化される。
【００１３】
熱除去の達成できる速度は、シリカ坩堝の大きな熱抵抗によって制限される。また、局所的に、例えば横方向において、熱流束を変えるためのあらゆる試みが、熱流束を制御するための非常に低い可能性で阻止されるだろう。
【００１４】
シリコンの多結晶化の熱、インゴット及び坩堝を介した上部加熱器から下部加熱器まで移動する熱、及び、高温領域の材料に収容される熱からの熱流束は、理想的には垂直方向に配向されるべきであり、すなわち側方の成分を有しない。しかしながら、現在の実務では、様々な周知の炉の設計は全て、熱の側方移動によって特徴付けられる。これは、熱応力をもたらし、結晶化されたシリコン内に転位を生じさせる。
【００１５】
ＳｉまたはＳｉＯ２の反応生成物が、気体のＳｉＯであり、それは、その後に溶融金属を避け、ＣＯガスを形成する高温領域のグラファイトと反応するかもしれないので、シリコン酸化物坩堝の使用は、シリコンインゴットの不純物の問題も引き起こす。ＣＯガスは、急速に溶融されたシリコンに入り、従って、シリコン内に炭素及び酸素を導入する。すなわち、酸素含有材料の坩堝の使用は、固体のシリコン内に炭素及び酸素の両方の導入をもたらす一連の反応を引き起こすかもしれない。ブリッジマン法に関連する一般的な値は、２−６×１０１７／ｃｍ２の格子間の酸素レベルと、２−６×１０−７／ｃｍ２の置換型の炭素である。
【００１６】
シリコン金属内の炭素の急増加によって、特にインゴットの最上部領域に、縫い針形状のＳｉＣの結晶の形成がもたらされるかもしれない。これらの縫い針形状のＳｉＣの結晶は、半導体セルのショートカットｐｎ接合として知られる、劇的に低下したセル効率をもたらす。形成されたシリコン金属の焼き鈍し後に、格子間の酸素の急増加によって、酸素析出及び／又は再結合の活性酸素複合体がもたらされるかもしれない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の主たる目的は、半導体グレードのシリコンの高純度のインゴットの製造における酸素及び炭素の不純物レベルと温度プロファイルに関する改善された制御を得るインゴットの方向性凝固用の方法を提供することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、主たる目的による方法を可能にする坩堝を提供することである。
【００１９】
本発明の目的は、以下の本発明の詳細な説明及び／又は添付された特許請求の範囲に記載の特徴によって実現されてもよい。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、坩堝の下部の支持体を横切る熱抵抗と同一のオーダーのレベルまたはそれより低いレベルまで坩堝の下部を横切る熱抵抗を低下させることによって凝固工程の制御が大幅に改善されるという認識、及び、炭素及び酸素を有するシリコンインゴットの不純物に関する問題が坩堝内の酸素含有材料の使用に大きく関係するという認識に基づく。
【００２１】
ブリッジマン法に基づくものを含む、現在の方向性凝固炉において、坩堝を保持するグラファイト支持体を横切る熱抵抗は、一般的に０．００２から０．０００３ｍ２Ｋ／Ｗのオーダー（一般的に、約３から約１０ｃｍの厚さと、５０から１００Ｗ／ｍＫのオーダーの熱伝導率）である。１−３ｃｍの下部厚さを有する坩堝において、これは、坩堝材料の熱伝導率が少なくとも約５Ｗ／ｍＫまたはそれより高いものであるべきであることを暗示する。また、坩堝は、シリコンを受け入れられない程度まで含まず、固体のシリコンと同一またはそれより低い熱膨張率を有する材料から作られなければならない。適切な材料は、シリコン窒化物Ｓｉ３Ｎ４、シリコン炭化物ＳｉＣまたはそれらの２つの複合材である。これらの材料の熱伝導率及び熱膨張率の例は、米国標準技術国際機関（ＵＳ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）のウエブサイト；“ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｅｒａｍｉｃｓ．ｎｉｓｔ．ｇｏｖ／ｓｒｄ／ｓｃｄ／ｓｃｄｑｕｅｒｙ．ｈｔｍ”で見ることができる。
【００２２】
従って、本発明の第１の側面では、方向性凝固による半導体グレードのシリコンのインゴットの製造の方法が提供され、ここで、結晶化炉の高温領域内の酸素の存在が実質的に低減され又は排除され、凝固中に熱勾配の十分な制御に関する問題が、前記半導体グレードのシリコンのインゴットを多結晶化する段階と、シリコン窒化物Ｓｉ３Ｎ４、シリコン炭化物ＳｉＣ、または、それらの２つの複合体から作られる坩堝内で供給シリコン材料を溶融する段階も任意に備え、前記坩堝の下部の壁厚は、前記下部を横切る前記熱抵抗が、前記坩堝を支持する下にある支持体を横切る熱抵抗と少なくとも同一オーダーのレベルまたはそれ未満まで低下されるように採寸されることによって解決される。
【００２３】
結晶化の増加した速度は、結晶化されたシリコンを横切る大きな熱勾配を暗示する。これは、結晶シリコン内に増加した圧力をもたらすかもしれない。しかしながら、結晶化シリコン内の熱応力は、熱流束が垂直に配向され、線形であることを保証することによって最小化されてもよく、又は、排除さえされてもよい。温度勾配が、垂直位置に関して１つの材料層内で線形であるというこのような方法で熱が抽出されるこの状況は、準安定状態冷却（または加熱）と呼ばれることがある。本発明を用いた非常に広い範囲の冷却（加熱）速度を超えるこの状況を維持することが可能である。
【００２４】
本質的に垂直に配向された熱流束は、坩堝の側壁の下部を介した、既に結晶化されてそれによってより冷たくなったシリコンインゴットへの熱の移動を避けるために、例えば、グラファイトまたは炭素フェルトを用いて、坩堝の側壁を熱的に絶縁することによって保証される。
【００２５】
結晶化されたシリコンを介した熱流束が常に本質的に垂直で、温度勾配が本質的に線形である工程は、結晶化された材料の熱応力及び結果的に応力に関連する結晶欠陥の数を最小化させる。
【００２６】
本発明の第１側面による方法は、ブリッジマン法、ブロック鋳造法などの方向性凝固によるソーラーグレードのシリコンインゴットを含む、半導体グレードの多結晶シリコンのインゴットを製造するあらゆる周知の方法において使用される。
【００２７】
本発明の第２の側面では、不活性雰囲気を有する高温領域を含む、方向性凝固による半導体グレードの多結晶シリコンのインゴットを製造するための坩堝が提供され、前記坩堝は、シリコン窒化物Ｓｉ３Ｎ４、シリコン炭化物ＳｉＣ、または、これらの２つの複合体から作られ、前記坩堝の下部の壁厚は、前記下部を横切る前記熱抵抗が、前記坩堝を支持する下にある支持体を横切る熱抵抗と少なくとも同一オーダーのレベルまたはそれ未満まで低下されるように採寸される。
【００２８】
坩堝材料としてのシリコン窒化物、または、シリコン炭化物及びシリコン窒化物の複合体の使用は、実際的には、液体または高温シリコン金属と、酸素要素（実際的に酸素がない雰囲気に坩堝があるという条件で）との間の接触を排除する。この特徴は、シリコンインゴット内の酸素及び炭素不純物の導入をもたらす上記記載の反応の連鎖を切断し、従って、多結晶シリコンの酸素及び炭素不純物の存在レベルを実質的に改善する。
【００２９】
下にある支持構造体の熱抵抗と少なくとも同一の又はそれ未満の熱抵抗は、坩堝下部を横切る熱勾配を、形成される結晶、坩堝の下部及び支持体をより一般的に横切る熱勾配まで移動させる。これにより、非常に幅広い範囲の結晶化速度に結晶化工程を制御することが可能になり、抽出された熱の量の改善された制御によって、以下の可能性がある。
−坩堝の下部の内側において、シリカの融点以下に温度がゆっくり低下する凝固サイクルの結晶核部分を形成し、大きく歪んだ又はほとんど歪んでいない結晶が核形成を可能にする。
−坩堝が、あるパターンに形成された等方性で配向されたグラファイトから作られるカーボン材料に基づく結晶化の制御された開始を得る。この平面で系統的に変化する熱流束によって、結晶化の開始と、面積あたりの結晶の初期の数をさらに改善することが可能になる。
−最も歪んだ結晶を除去し、さらに結晶品質を改善する周期的な又は臨時の再溶融を生成する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１の部分（ａ）から（ｃ）は、本発明の一実施形態によるシリコンのＤＳ凝固用の坩堝を形成するために組み立てられてもよいプレート要素の概略図である。図１（ｄ）は、組み立てられた坩堝を示す。
【図２】図２の部分（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２実施形態によるシリコンのＤＳ凝固用の坩堝を形成するために組み立てられてもよいプレート要素の概略図である。図２（ｃ）は、組み立てられた坩堝を示す。
【図３】図３は、従来技術のシリカ坩堝を用いた場合の坩堝下部と下の支持体とを横切る計算された温度プロファイルを示す。
【図４】図４は、本発明によるシリカ坩堝を用いた場合の坩堝下部と下の支持体とを横切る計算された温度プロファイルを示す。
【図５】図５は、一般的なシリカ坩堝と本発明による坩堝用の坩堝の下にあるパターニングされたカーボンプレートを用いたインゴット内の結晶化シリコンのＦＥＭ計算を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、本発明の実施形態の実施例によってさらに詳細に記載されるだろう。これらの実施例は、材料の酸素ボイドの坩堝を使用し、坩堝を保持する下の支持体を横切る熱抵抗と少なくとも同一オーダーまたはそれ未満の、下部を横切る熱抵抗を有する一般的な発明概念の限定を示すものと決して考えられるべきではない。上記の要求に適合し、高温及び方向性凝固炉の高温領域の環境を低減することに耐えることができる、シリコン金属を保持するために十分な機械的強度を有する坩堝に対して形成されることができるあらゆる材料が採用されてもよい。
【００３２】
実施例１及び２の実施形態は共に、
−例えば水性スリップ中でシリコン窒化物粉末をシリコン粉末と混合し、
−正方形の断面の坩堝の下部及び壁となるプレートの形態の一組のグリーン体を形成し、
−正方形の断面領域を有する坩堝を形成するためにプレート要素を組み立て、シリコン粉末及び任意にシリコン窒化物粒子を含むペーストを付けることによって結合部を密閉し、
−窒素雰囲気でグリーン体を加熱し、それによって、反応式（Ｉ）３Ｓｉ（ｓ）＋２Ｎ２（ｇ）＝Ｓｉ３Ｎ４（ｓ）に従ってグリーン体とシーリングペーストのシリコン粒子を窒化することによってグリーン体とシーリングペーストを窒化物結合シリコン窒化物（ＮＢＳＮ）プレート要素に変換することによって、
窒化物結合シリコン窒化物から作られる正方形の断面領域を有する坩堝である。
【００３３】
坩堝の壁及び底部要素のグリーン体は、６０重量％を超えるシリコン窒化物粒子及び４０重量％未満のＳｉ粒子を含む水性スラリーを形成することによって作られてもよい。好ましくは、組立体に相応しいプレートを坩堝内に得るために溝または開口を含む、形成されるべき網形状のプレートを有する石膏（プラスター）から作られた型に水性スラリーを型に適用する。次いで、グリーン体のシリコン粒子が反応して、シリコン窒化物粒子を結合し、添加剤を揮発させるシリコン窒化物を形成する間に、本質的に純粋な窒素の雰囲気で１４００℃を超える温度までグリーン体を加熱する。シリコン窒化物の固体プレートが得られるようにスラリー内の全てのＳｉ粒子が窒化されるまで、窒素雰囲気におけるこの熱処理が続けられる。必要であれば、窒化されたプレートは、正確な寸法を得るための冷却の後に、研磨され、形が整えられ、それによって、組立後に緊密で漏れ防止された坩堝を形成することを可能にする。坩堝を組み立てる場合、液体に分散されたシリコンから作られたシーリングペーストが、有利には、組み立てる際に隣接するプレート要素に接触するプレート要素の領域に堆積されるかもしれない。次いで、プレート要素が組み立てられ、形成された坩堝は、シーリングペーストのＳｉ粒子が窒化され、それによって坩堝の結合部を密閉し、要素を共に結合するように、本質的に純粋な窒素雰囲気で第２の熱処理にさらされる。第２の熱処理は第１の熱処理と同様であり、約１４００℃で、シーリングペースト内の全てのＳｉ粒子を窒化する期間である。
【００３４】
（実施例１）
実施例１による坩堝は、図１ａから１ｄに概略的に示される。
【００３５】
図１ａは、下部プレート１を示し、それは、その側部の各々に沿った上部対向表面の溝２を有する四角形のプレートである。この溝は、側壁の下端部が溝に入りタイトフィットを形成するように、坩堝の壁部を形成する側部の要素の厚さに適合する。あるいは、側部の要素及び下部の溝は、例えばすき（プラウ）とトングなどの相補的な形状が与えられてもよい。
【００３６】
図１ｂは、１つの長方形の壁要素３を示す。図１ｄを参照すると、対向する側にこれらの２つが使用される。この側部の要素３は、内側を坩堝に向かわせる表面の両端に沿った溝４が備えられる。溝４は、壁要素３に垂直に配置される壁要素５の側端とタイトフィットを与えるように採寸される。壁要素が、下部及び上部の側端が平行で側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、溝４と壁要素３の両側は、合同な角の方向性が与えられかもしれない。この等脚台形は、坩堝の開口部の断面領域が坩堝の下部の断面領域より大きくなるようにテーパーが形成されて組み立てられた坩堝を形成する。上部方向は図１に矢印で示されている。また、側端の上部において、壁要素３は、図１ｄを参照して、壁要素５の対応する突出部６を用いてロッキンググリップを形成してもよい突出部７が備えられてもよい。
【００３７】
図１ｃは、本発明の第１の実施例による坩堝の対応する壁要素５を示す。図１ｄを参照して、対向する側であって垂直に壁要素３の間にあるこれらの壁要素の２つが使用される。壁要素５は、上部側部に突出部６が備えられており、それは、壁３の突出部７のような相補的な形状が与えられる。突出部６が突出部７に螺入される場合、突出部６、７は、ロッキンググリップを形成する。
【００３８】
図１ｄは、坩堝に組み立てられる際のプレート要素を示す。シーリングペーストは、組み立てられる前に各々の溝２、４に付けられる。プレート要素３、５の溝２、４及び端部は、十分な寸法の正確性が与えられ、坩堝は、漏れ防止の坩堝を得るために十分なタイトフィットを有して組み立てられてもよい。この場合、シーリング剤ペーストの使用及び第２の加熱が省略されてもよく、壁要素は、突出部６、７によって所定の位置に保持されるだろう。
【００３９】
（実施例２）
実施例２による坩堝は、図２ａから２ｃに概略的に示される。
【００４０】
図２ａは、下部プレート１０を示し、それは、その側部の各々に沿った２つの細長い開口部１１を有する四角形のプレートである。開口部の寸法は、それらが、側壁の下向きの面の突出部を受け入れ、タイトフィットを形成することができるように適合される。それは、第１の実施例の下部プレート１の溝２と同様の、開口部１１の中心軸と位置合わせされて走る溝（図示されない）を含むようにも想定される。
【００４１】
図２ｂは、１つの壁要素１２を示す。図２ｃを参照すると、４つのこれらの要素があるだろう。側部要素１２は、各々の側部の２つの突出部１４、１５と２つの下向きの突出部１３とが備えられる。側部の突出部は、２つの壁要素１２が坩堝の隣接する壁を形成して組み立てられる場合に、突出部１４が突出部１５の間の空間に入り、タイトフィットを形成するように採寸される。下向きの面の突出部１３は、図２ｃを参照すると、開口部１１に適合し、タイトフィットを形成するように採寸される。壁要素が、下部及び上部の側端が平行で側端が合同な角を形成する等脚台形として形付けられるように、壁要素１２の側端は、合同な角の方向性が与えられてもよい。この等脚台形は、坩堝の開口部の断面領域が坩堝の下部の断面領域より大きくなるようにテーパーが形成されて組み立てられた坩堝を形成する。上向きは、図２ｂの矢印で示される。
【００４２】
図２ｃは、坩堝に組み立てられる際のプレート要素１０、１２を示す。シーリングペーストは、組立前に各々の壁要素１２の各々の側部及び下端部に付けられる。
【００４３】
（本発明の検証）
本発明は、坩堝の下部及び坩堝を支持する下にあるグラファイトの支持を横切る温度プロファイルの一組の計算を実施することによって検証される。
【００４４】
（実施例３：従来のシリカ坩堝を用いた炉において計算された温度プロファイル）
標準的な炉内プロセスを用いた結晶化の開始における安定な状態の一次元温度勾配の計算が図３に示される。坩堝の下部の内側の温度は、１４１５℃である。坩堝の下部は、２ｃｍの厚さで、その熱伝導率は、１．５Ｗ／ｍＫである。支持プレートは、６０ｍｍの厚さで、その熱伝導率は、８０Ｗ／ｍＫである。１０ｋＷ／ｍ２を取り除くために、支持プレートの下部の温度は、１３９８℃まで低下させなければならない。熱移動のこの速度は、０．９ｃｍ／ｈまでの結晶化速度を与え、上部チャンバーから移動される熱の量に依存する。
【００４５】
（実施例４：本発明による坩堝を用いた炉において計算された温度プロファイル）
シリコン窒化物の坩堝を用いた安定な状態の一次元温度勾配の計算が図４に示される。この計算は、結晶化の開始における状態を示す。坩堝の下部の内側の温度は、１４１５℃である。坩堝の下部は、１ｃｍの厚さで、その熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・Ｋである。支持プレートは、６０ｍｍの厚さで、その熱伝導率は、８０Ｗ／ｍ・Ｋである。１０ｋＷ／ｍ２を取り除くために、支持プレートの下部の温度は、１２７４℃まで低下させなければならない。熱移動のこの速度は、０．９ｃｍ／ｈまでの結晶化速度を与え、上部チャンバーから移動される熱の量に依存する。
【００４６】
（実施例５：坩堝の下のパターニングされたカーボンプレートを用いた結晶化）
二次元ＦＥＭモデルは、特定の領域の結晶核生成を促進し、それによって大きな結晶を得るために、インゴットの下部にわたるパターンの熱流束を意図的に変化させることの効果を計算するために使用される。グラファイト支持プレートは、５０ｍｍの厚さで、８０Ｗ／ｍＫの熱電導率を有する。熱流束の方向に１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、例えば、ＣＦＣである低導電性のグラファイト材料から作られる１０ｍｍの厚さのベースプレート上にパターニングされたプレートがある。８０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する、１０ｍｍの厚さの高い導電性の等方性グラファイトの挿入されたピースがこのプレートにある。１０ｍｍの下部厚さ及び１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する本発明による坩堝がこの支持体構造体に配置される。坩堝の下部の内側における１４１５℃及びグラファイト支持プレートの下における１２００℃に関して、熱流束は、図５に示される（実曲線）。それは、高い熱伝導ピースの位置における区別される局所最大値によって特徴付けられる。
【００４７】
比較のために、従来文献で一般的に使用される坩堝を用いるが、同一の支持構造体及び同一の境界条件を用いて計算が行われる。それは、ＳｉＯ２から作られ、２０ｍｍの下部厚さ及び１．７Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。抽出された熱の量は、それほどではなく、側方の変化は、坩堝の大きな熱抵抗のために非常に小さい。
【符号の説明】
【００４８】
１  下部プレート要素
３  壁要素
４  溝
５  壁要素
６  突出部
７  突出部
１０  下部プレート要素
１１  開口部
１２  壁要素
１４  突出部
１５  突出部
【図１ａ）】
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【図１ｂ）】
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【図１ｃ）】
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【図１ｄ）】
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【図２ａ）】
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【図２ｂ）】
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【図２ｃ）】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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