專利名稱：用于由原材料的熔體制造晶體的裝置和方法以及單晶體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種裝置用以制造結(jié)晶的材料，特別是大尺寸的結(jié)晶材料。本發(fā)明還 特別涉及按照VB方法(垂直布里奇曼法)或VGF方法(垂直梯度凝固法)制造半導(dǎo)體。
背景技術(shù)：
晶體制造時(shí)的經(jīng)濟(jì)性基本上由生產(chǎn)能力亦即材料通過(guò)結(jié)晶爐的單位時(shí)間的晶化 質(zhì)量和通過(guò)為此需要的能量消耗決定。將許多單晶的或多晶的材料由熔體在溫度場(chǎng)內(nèi) 定向地凝固。這樣的方法被稱為梯度凝固(定向凝固)法或布里奇曼法，也參見(jiàn)Wilke， K. _Th. and J. Btihm in: 〃 Kristallziicht皿g" ， Ed. K. _Th. Wilke. ， 1. Auf lage ed. VEB DeutscherVerlag der Wissenschaften， 1973， 1—922 (Wilke， K.-Th.和J.Bohm的"晶體培 植"，K. -Th. Wilke編輯，第一版，VEB德國(guó)科學(xué)出版社出版，1973年，1-922)。
對(duì)于待制造的晶體的許多材料特性例如雜質(zhì)摻入、結(jié)構(gòu)完整性或彈性的張力來(lái)說(shuō)
特別重要的是，結(jié)晶前沿在坩堝中在凝固過(guò)程中沒(méi)有或只有微小的彎曲。為了避免相界的
彎曲，在垂直于凝固方向的方向的全部點(diǎn)中必須均勻地保持以下軸向熱流條件 V = (q熔體_q晶體)/ A h潛P(yáng)晶體 其中V表示軸向晶化速度，q表示在結(jié)晶前沿上分別在熔體和晶體中的軸向熱流， Ah，表示相變的單位潛熱，P f^表示凝固的材料的密度。作為導(dǎo)熱性A和溫度梯度度 grad(T)的乘積算出晶體中的熱流。當(dāng)x是沿凝固方向的軸向坐標(biāo)時(shí)近似地也可確定AT/ Ax。利用在熔體中微不足道的熱流的近似值q #= O，對(duì)于生長(zhǎng)速度得出上限
V《(入/Ah潛P(yáng)晶體) grad(T) 不過(guò)溫度梯度對(duì)于許多材料由于出現(xiàn)的熱彈性應(yīng)力不可能選擇任意大的。特別對(duì) 于變得較長(zhǎng)的晶體則需要較小的生長(zhǎng)速度。在這種情況下晶體的熱阻隨著進(jìn)展的晶化總是 變得較大的并且可排出的潛功率亦即單位時(shí)間的潛熱減小。這又再次限制用于長(zhǎng)的晶體的 生長(zhǎng)速度。 由于特別是在結(jié)晶爐中材料生產(chǎn)能力的經(jīng)濟(jì)上的原因因此不大合理的是，在確定 的依賴于材料的極限上增大晶體長(zhǎng)度。相反可以通過(guò)加大面積提高材料生產(chǎn)能力，在該面 積上材料同時(shí)晶化。同時(shí)潛功率比例于晶化面積變得較大，但也與面積成比例地提高相界 的散熱。 常常為了將結(jié)晶的材料進(jìn)一步加工成電子構(gòu)件或集成電路、太陽(yáng)能電池、光學(xué)構(gòu) 件等也只需要確定的標(biāo)準(zhǔn)化的材料尺寸。在坩堝中晶化面積的任意的增大因此由于缺少的 相應(yīng)的需求無(wú)疑不再考慮。
已知不晶化較大的材料塊，而制造分別相互平行的多個(gè)形狀適合的薄的晶體。這 樣的布里奇曼類方法對(duì)于光學(xué)材料如稀土的氟化物按照US3796522 A或?qū)τ陂W光器晶體如 氟化鋇按照EP 0130865 Al是已知的。但在這里不存在晶體的直徑對(duì)相應(yīng)的長(zhǎng)度的比例。
對(duì)于與此相比較大的晶體，其應(yīng)在微電子的、光電的或光學(xué)的應(yīng)用中獲得位置，至 今未達(dá)到相應(yīng)的解法。大的挑戰(zhàn)亦即在于，在晶化的任一時(shí)刻應(yīng)將溫度場(chǎng)構(gòu)成，使重要的特
5性例如電阻、載流子活動(dòng)性、點(diǎn)空穴濃度、結(jié)構(gòu)完整性、彈性的應(yīng)力、光學(xué)折射率、反射率等 關(guān)于晶體橫向的同質(zhì)性符合相應(yīng)的應(yīng)用的制造者的預(yù)定目標(biāo)。 對(duì)于半導(dǎo)體晶體，其在進(jìn)一步的制造過(guò)程中加工成半導(dǎo)體晶片，徑向的同質(zhì)性對(duì) 構(gòu)件工藝化起著特別重要的作用。這樣諸參數(shù)如電阻率、載流子活動(dòng)性、雜質(zhì)或異物濃度或 殘余應(yīng)力應(yīng)該特別均勻分布在晶片上。 關(guān)于單晶的材料其他提高的要求在于，應(yīng)考慮精確的晶體定向。通常在這里預(yù)置 晶種。其確定待生長(zhǎng)的晶體的晶體方向。由于材料經(jīng)濟(jì)性的原因經(jīng)常不考慮通過(guò)自發(fā)的晶 種生成和后繼的晶種選擇來(lái)產(chǎn)生單晶體的方法。 在晶種上的發(fā)芽的困難在于，應(yīng)將溫度場(chǎng)構(gòu)成使熔化的材料接觸晶種并接著將晶 種稍微退回熔化。對(duì)于布里奇曼法或梯度凝固法通常的是，將熱源和散熱器的布置選擇成 使得可以產(chǎn)生符合要求的溫度場(chǎng)。在逐漸增大的結(jié)構(gòu)時(shí)現(xiàn)在變得附加必要的是，設(shè)置所謂 具有相應(yīng)的熱特性的內(nèi)襯，而使溫度場(chǎng)也可以向較大的區(qū)域那邊形成，如例如在公開(kāi)本文 EP1147248和US 6712904中描述的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的特別在于，改善晶體制造的經(jīng)濟(jì)性，特別是提高在結(jié)晶爐中材 料生產(chǎn)能力。 其目的還在于，關(guān)于對(duì)于相應(yīng)的應(yīng)用特別在微電子的和光電子的領(lǐng)域內(nèi)重要特性 的同質(zhì)性改進(jìn)制成的晶體的質(zhì)量。 通過(guò)一種用于從原材料的熔體制造晶體的裝置達(dá)到上述目的和其他目的，該裝置 包括 爐子，其包括具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件的加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)立用于在爐 子中產(chǎn)生沿第一方向定向的溫度場(chǎng)； 多個(gè)至少兩個(gè)優(yōu)選三個(gè)或更多個(gè)用于容納熔體的坩堝，它們并排設(shè)置在定向的溫 度場(chǎng)中；以及 均化裝置，用于在各坩堝中在垂直于第一方向的平面內(nèi)均化溫度場(chǎng)，在此可以涉 及在各坩堝之間的中間空間內(nèi)可裝入的具有各向異性的導(dǎo)熱性的填料或用于產(chǎn)生行波磁 場(chǎng)的裝置或涉及兩者的組合。
當(dāng)要制造很長(zhǎng)的晶體時(shí)，兩裝置在組合中特別好地相互補(bǔ)充。沿軸向方向亦即通
過(guò)各向異性的填料的影響范圍可以限于鉸短的作用長(zhǎng)度，而行波磁場(chǎng)可以補(bǔ)償在較大作用
長(zhǎng)度上的偏差。因此可以將可達(dá)到的同質(zhì)性向較大的晶體長(zhǎng)度的方向推移。 此外全部其他的在說(shuō)明書、附圖或在權(quán)利要求書中描述的特征也可分別與產(chǎn)生行
波磁場(chǎng)的裝置一起使用，亦即特別是也無(wú)限制同時(shí)采用具有各向異性的導(dǎo)熱的填料。 本發(fā)明設(shè)定，例如將多個(gè)坩堝并排設(shè)置于一個(gè)爐子中并且使它們?cè)谔畛淙垠w的情
況下共同遭受定向的溫度場(chǎng)。在直立設(shè)置的坩堝中生長(zhǎng)著的晶體的特性例如電阻率、不純
度、晶粒大小、殘余應(yīng)力等的同質(zhì)性基本上同時(shí)受到損害，因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)，由于分別相互面對(duì)
的相對(duì)導(dǎo)熱和熱輻射產(chǎn)生(方位角的)不對(duì)稱性。 在這里本發(fā)明規(guī)定，建議一種裝置，其特別補(bǔ)償這些不同質(zhì)性，亦即抵消圍繞相應(yīng) 的坩堝的溫度場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性上的干擾。
作為填料在本發(fā)明中也考慮用如在各坩堝中相同的原材料熔體注入中間坩堝。在 這種情況下亦即由于沿軸向方向的溫度降如同在待制造的單晶體的原材料熔體中均勻地 產(chǎn)生結(jié)晶前沿，其結(jié)果是，沿正好該方向的傳熱由于材料狀態(tài)的改變同樣變成各向異性的。
按照本發(fā)明還提供一種按照權(quán)利要求31所述的方法用于從原材料的熔體制造結(jié) 晶的材料。 本發(fā)明還針對(duì)一種晶體，其按進(jìn)一步方案作為半導(dǎo)體材料優(yōu)選可包括GaAs并且 具有位錯(cuò)密度的一種分布并且其中代表位錯(cuò)密度的腐蝕坑密度(印d)的全局的標(biāo)準(zhǔn)偏 差(o 4員)在垂直于單晶體的縱軸線的平面內(nèi)小于用于單晶體的腐蝕坑密度的平均值的 23X，其中全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差的確定基于特征長(zhǎng)度5mm。對(duì)此涉及用于特性的標(biāo)準(zhǔn)偏差的取值 范圍，這些特性對(duì)于按照本發(fā)明制成的結(jié)晶的材料是表明特征的。 另一種在這里建議的晶體(如以上例如GaAs)具有電阻率的一種分布。在單晶體 中全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差(o 4jsi)在垂直于單晶體的縱軸線的平面內(nèi)小于用于單晶體的電阻率的 平均值的5. 3%，其中局部的標(biāo)準(zhǔn)偏差的確定基于特征長(zhǎng)度10mm。
晶體特別也可以是單晶體，但不排除多結(jié)晶的材料。 應(yīng)該說(shuō)明，在這里建議的裝置特別設(shè)立也用于按VGF法實(shí)施晶化或按選擇也用于 按VB法實(shí)施晶化。 由諸從屬權(quán)利要求得出本發(fā)明的其他的有利的實(shí)施形式。


現(xiàn)在要借助于各實(shí)施例參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)本發(fā)明。其中 圖1具有多個(gè)并排定位于VGF爐(垂直梯度凝固)中的坩堝的裝置，包括外面的 壓力容器； 圖2類似于圖1的裝置，但各坩堝分別嵌入氣密的壓力容器中； 圖3類似于圖1的裝置，但其中實(shí)現(xiàn)VB爐(垂直布里奇曼)； 圖4有三個(gè)圓形的坩堝的幾何示例性的裝置的垂直于縱軸線的橫剖面圖； 圖5如圖4，但具有四個(gè)圓形的坩堝； 圖6如圖4，但具有四個(gè)正方形的坩堝； 圖7如圖4，但具有七個(gè)圓形的坩堝的同心的裝置； 圖8如圖4，但具有十二個(gè)圓形的坩堝的矩陣式六邊形的裝置； 圖9如圖7，但具有在中心縮小構(gòu)成的坩堝； 圖10如圖l，其中按本發(fā)明第一實(shí)施例設(shè)置用于外面的外周加熱器的裝置，用以 產(chǎn)生行波磁場(chǎng)以在坩堝中針對(duì)性地形成對(duì)流； 圖11如圖l，其中按照本發(fā)明的第二實(shí)施例除外面的外周加熱器外在爐子的中心 還設(shè)置用于產(chǎn)生行波磁場(chǎng)的裝置； 圖12如圖5，其中按照第三實(shí)施例填料裝入各坩堝中間空間中；
圖13如圖12，各坩堝分別單獨(dú)嵌入氣密的壓力容器中； 圖14如圖5，其中按照本發(fā)明的第四實(shí)施例在各凝固坩堝之間的各中間空間中裝 入中間坩堝； 圖15如圖14，其中各坩堝共同裝入爐子的壓力鍋爐中。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明各實(shí)施例中描述裝置l，包括可由III-V族化合物、IV-IV族化合物和 II-VI族化合物例如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碲化鎘(CdTe)、碲鎘滎和不同的銻化物 制造示例的單晶體以及元素半導(dǎo)體如鍺(Ge)和硅(Si)。此外可凝固多晶的材料例如硅 (Si)為光電的應(yīng)用。 對(duì)此將多個(gè)坩堝14并排設(shè)置成，使相應(yīng)數(shù)目的大的晶體(其直徑或在矩形坩堝橫 截面情況下其邊長(zhǎng)直到125mm或更大，例如用以制造8英寸晶體和由此制造的晶片)同時(shí) 在同一裝置中或在同一溫度場(chǎng)中生長(zhǎng)，在裝置1中產(chǎn)生該溫度場(chǎng)。 本發(fā)明可使用的裝置1的縱剖面(上圖)和橫剖面(下圖)示于圖1中。在下圖 通過(guò)虛線說(shuō)明剖面軸線。裝置1包括VGF爐IO，其具有在這里為圓柱形的爐壁12，在其中 設(shè)置多個(gè)坩堝14。各坩堝14容納熔體16，例如由砷化鎵構(gòu)成的熔體。通過(guò)多個(gè)加熱元件 20的設(shè)置產(chǎn)生定向的溫度場(chǎng)T，該溫度場(chǎng)基本上在圖1的圖平面內(nèi)平行于各坩堝14的縱軸 線18設(shè)置。 加熱元件20包括一個(gè)或多個(gè)頂部加熱器20a和底部加熱器20b，它們?cè)谶\(yùn)行中建 立相對(duì)的溫度差以便形成溫度場(chǎng)T。裝置還可以具有多個(gè)外周加熱器21，它們阻止垂直于 溫度場(chǎng)T定向的熱流并且一般使溫度水平保持在圍繞熔點(diǎn)(對(duì)于GaAs約1238°C )的環(huán)境 內(nèi)。因此其就這樣包圍全部的坩堝14。 各坩堝14優(yōu)選以其縱軸線18相互平行和相對(duì)于垂直位置在溫度場(chǎng)T的方向上重 疊。底部加熱器20b和頂部加熱器20a的伸展尺寸足以接納或覆蓋全部坩堝，以便就此足 以達(dá)到盡可能好的同質(zhì)性。底部加熱器20b和頂部加熱器20a例如特別由CFC制造并且具 有優(yōu)越的導(dǎo)熱特性，例如底面和頂部加熱器20a、20b的伸展尺寸為靠近地一起排列的坩堝 14的1.5至2倍。 可以在水冷的和需要時(shí)真空密封的和壓力密封的容器8(壓力鍋爐)內(nèi)產(chǎn)生上述 溫度場(chǎng)T，容器8在其內(nèi)腔8a中容納多個(gè)坩堝14。圖1所示爐壁12在該實(shí)例中因此是氣 密的、真空密封的和壓力密封的。 另一在本發(fā)明的范圍內(nèi)可使用的裝置按圖2設(shè)定，特別對(duì)于具有提高的蒸汽壓力
的材料用壓力密封的和氣密的容器9(所謂安瓿)分別包圍所述多個(gè)坩堝14的每一個(gè)并且
從外面施加溫度場(chǎng)T。兩種方法更確切地說(shuō)為所謂"梯度凝固"法配置。 優(yōu)選以VGF法使用本發(fā)明。使各坩堝和加熱器相互相對(duì)不移動(dòng)。通過(guò)加熱器的功
率供應(yīng)的針對(duì)性的控制使溫度場(chǎng)相應(yīng)地適應(yīng)于結(jié)晶前沿的推進(jìn)。 與此不同，在布里奇曼類方法(例如垂直布里奇曼法)中，將各坩堝(其必要時(shí)也 封閉于氣密的容器中)在位置固定的溫度場(chǎng)T中軸向亦即沿場(chǎng)方向移動(dòng)(參見(jiàn)圖3)。在 圖3所示的裝置1中，其也可以利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)，這借助示意示出的可移動(dòng)的支架7和馬達(dá) (未示出)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖4至9示出坩堝裝置的其他的示例的橫剖面圖(示意的俯視圖)，它們同樣可結(jié) 合本發(fā)明的各實(shí)施例來(lái)使用可以在按需要時(shí)改變坩堝的形狀、數(shù)目和幾何布置。圖4示出 具有三個(gè)坩堝的裝置1，圖5示出具有四個(gè)坩堝的上述形式。對(duì)于光電的材料可設(shè)想具有 正方形橫截面的多個(gè)坩堝的裝置(圖6)。在這種情況下考慮具有nXm(n = 1、2、3…，m =2、3、4，…)個(gè)坩堝的矩陣式布置。圖6中用各標(biāo)記18a說(shuō)明縱軸線。 圖7示出六個(gè)同心繞中心的坩堝14b排列的坩堝14。該裝置繞圖7中垂直于圖平 面的軸線18b是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性能夠較容易地操縱不同質(zhì)性效應(yīng)，因?yàn)閷?duì)在同一 圓周上的各坩堝14產(chǎn)生作用的外部條件幾乎是相同的。 圖8與此相對(duì)示出各坩堝14的矩陣式的六邊形的裝置1。在這里達(dá)到坩堝14的 很高的充填密度。 各坩堝的長(zhǎng)度對(duì)直徑的比例分別大于1:1。相互比較的各坩堝14的相應(yīng)長(zhǎng)度和 直徑優(yōu)選相同。但各坩堝的直徑也可以是不同的，如其在圖9中關(guān)于中心的坩堝14b所示。 坩堝的直徑按照各實(shí)施例可以為3英寸、4英寸、6英寸、8英寸或更大的值。自然直徑的中 間值也是可能的。 總裝置的直徑比其高度大許多，該高度又基本上用坩堝的長(zhǎng)度定標(biāo)。 坩堝壁在全部在這里描述的實(shí)施例中由pBN(熱解氮化硼)制造，見(jiàn)A. G. Fischer,
J. of Electr. Chem. Society,20 (4)，1970 (電化學(xué)協(xié)會(huì)的A. G. Fischer, J. ， 20 (4)，1970
年)以及S. E. Blum et al. ， BriefComm皿ications of the Electr. Chem. Society, 20 (4)，
1972 (S. E. Blum等人，電化學(xué)協(xié)會(huì)的短訊，20 (4) ， 1972年)。但本發(fā)明并不限于此。 現(xiàn)在一個(gè)目標(biāo)是，將溫度場(chǎng)構(gòu)成得即使應(yīng)同時(shí)培植許多大的晶體，也仍得到符合
要求的材料特性，具體地在這里為此滿足下列條件 1.晶種位置對(duì)于全部坩堝處在關(guān)于溫度場(chǎng)的方向相同的高度，由此穩(wěn)定的和可再 生的晶種生成是可能的。 2.將軸向熱流(軸向沿溫度梯度的方向)構(gòu)成使凝固前沿基本上是平面的并且 還盡可能對(duì)稱于相應(yīng)的結(jié)晶坩堝的軸線延伸，以便一方面使出現(xiàn)的熱彈性應(yīng)力是微小的， 而另一方面將隨后待由晶體制造的晶片的重要特特(即電阻、雜質(zhì)濃度、殘余應(yīng)力量、位錯(cuò) 密度等)的變化保持在可接受的限度內(nèi)。 與圖1-9中所示的任一裝置相容的第一實(shí)施例具有均化裝置，用于在垂直于凝固 方向的平面內(nèi)均化溫度場(chǎng)，其包括在熱技術(shù)上優(yōu)化的多個(gè)構(gòu)件。 一種實(shí)施形式示于圖12 中。這些構(gòu)件可構(gòu)成為填充體24。 在各坩堝之間的各空間內(nèi)填充這些特定的填充體24。特別是各填充體24在該實(shí) 施例中在其形狀上適應(yīng)于各坩堝之間的各中間空間23(參見(jiàn)例如圖1-3)。在這里優(yōu)選涉及 多個(gè)物理上彼此分開(kāi)存在的填充體24。每一個(gè)可分別嵌入或取出。通過(guò)關(guān)于導(dǎo)熱性的不同 的材料特性的填充體的選擇，可以針對(duì)性地對(duì)在總裝置中的熱流產(chǎn)生影響。
通過(guò)多個(gè)填充體24 —方面抑制通過(guò)紊流的氣體對(duì)流引起不符合要求的傳熱，在 培植技術(shù)中通過(guò)提高的惰性氣體壓力的應(yīng)用出現(xiàn)該氣體對(duì)流，并且抑制可能不可控制的熱 輻射。這樣僅僅通過(guò)在各熱源即各加熱器之間的導(dǎo)熱的機(jī)理、相變的潛熱和散熱亦即冷卻 的裝置壁12確定溫度場(chǎng)。 通過(guò)多個(gè)填充體24可以補(bǔ)償在單坩堝裝置中關(guān)于坩堝長(zhǎng)度或其旋轉(zhuǎn)軸線18通常 的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性的破壞，作為填充體的材料適用這樣的材料，其導(dǎo)熱性適應(yīng)于待凝固的物質(zhì)。 為此可以使用例如石墨、陶瓷或具有適合的密度的纖維材料。 —種特別的實(shí)施形式設(shè)定，采用具有各向異性的導(dǎo)熱性的填充體24。沿凝固進(jìn)展 的方向(軸向的方向)在這里導(dǎo)熱性相當(dāng)于待凝固的材料的導(dǎo)熱性。與此垂直(亦即在圖
94-9所示的平面內(nèi)或在徑向方向)在填充體24中的導(dǎo)熱性是較高的。因此抑制從旋轉(zhuǎn)軸線 18往外看沿徑向方向的溫度梯度。 具有特別定向的纖維的纖維材料或復(fù)合材料(陶瓷纖維材料或碳纖維增強(qiáng)材料) 或多層的復(fù)合材料滿足這些要求。這些材料的基本特性對(duì)于本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是 已知的。 特別是也可以制造具有這些特性的石墨。例如耐高溫的石墨氈或薄膜屬于這種石 墨，其在薄膜平面內(nèi)具有20-40W/mK的導(dǎo)熱性和在與其垂直的方向?yàn)? 10W/mK。這樣的 氈可以堆疊成層。這些材料也可以特別通過(guò)CVD方法壓縮成不同的密度，其然后還又導(dǎo)致 不同的導(dǎo)熱特性。組合起來(lái)，或也作為特殊的"梯度材料"制造，較高密度的薄膜的層定向 也決定最強(qiáng)的熱流的方向。另外說(shuō)明較強(qiáng)絕熱的中間層減少垂直于涉及的層的熱流。
例如由公司Calcarb Ltd, Beilshill， North Lanarkshire, Scotland, UK(聯(lián)合王 國(guó)蘇格蘭北蘭開(kāi)夏郡的Calcarb Ltd, Beilshill公司)或SchunkGr即hite Technology, UX，Menomonee Falls, Wisconsin, US (美國(guó)威其jf康辛州的Sch皿k Graphite Technology, LLC, Menomonee Falls)或SGLCarbon AG， Wiesbaden, Hessen， DE (德國(guó)黑森州威斯巴登的 SGLCarbon AG)可買到具有各向異性的導(dǎo)熱性的石墨材料。 按照第一和接著的第二實(shí)施例的裝置例如在Tama皿-St6^er構(gòu)造中可以構(gòu)成用 于實(shí)施VGF法，這樣以下結(jié)合第三實(shí)施例還要進(jìn)一步描述。 圖13示出圖12的實(shí)例的修改，其中各坩堝14分別單獨(dú)設(shè)置于氣密的和壓力密封 的或真空密封的容器9(安瓿)中。同時(shí)各填充體24填充各安瓿之間的中間空間中。
另一類似于上述實(shí)施例的第二實(shí)施例示于圖14中并且涉及將中間坩堝26裝入各 坩堝14之間的中間空間23中。 在各結(jié)晶坩堝之間的各空間用特別成形的坩堝26填充，其包含如也應(yīng)在(主)坩 堝中晶化的相同的或類似的材料，在這里稱為填充坩堝。在這里產(chǎn)生幾乎相同的熱物理的 參數(shù)的特別優(yōu)點(diǎn)。填充坩堝中的材料可以重新利用(作為熔體)和幾乎不老化。
例如主坩堝14中的熔體16基本上包含GaAs，在中間坩堝16中同樣包括GaAs。
另一優(yōu)點(diǎn)在于，填充坩堝中的材料同樣凝固并這樣緊挨著生長(zhǎng)著的晶體釋放潛 熱，這樣的垂直的溫度分布考慮到真正的熔體的潛熱由其他的填料和通過(guò)不同的熔體材料 本身的填料只可以困難地反映。由此可以補(bǔ)償不符合要求的徑向的熱流。結(jié)果可以有利地 減小相界彎曲33(見(jiàn)圖lO或ll)。 第一和第二實(shí)施例與圖1-9中所示的各坩堝14在爐子10中的設(shè)置是相容的并且 按照本發(fā)明可以相應(yīng)地變換。 第三實(shí)施例示于圖10中。該第三實(shí)施例作為特別特征設(shè)置裝置21a用以產(chǎn)生行 波磁場(chǎng)。由于熔體材料的特性，其對(duì)這樣的磁場(chǎng)產(chǎn)生反應(yīng)，從而在各個(gè)培植坩堝14的熔體 中可以引起對(duì)流。對(duì)流可以抵制通過(guò)各坩堝的平行設(shè)置引起的對(duì)稱破壞。
在圖10的實(shí)施例中示出用于在Tammann-St6Per構(gòu)造中GaAs的VGF培植的裝置，
關(guān)于Tammann-St6per構(gòu)造參見(jiàn)Wilke， K.-Th.andJ.Bohm in 〃 Kristallziichtung〃 ，
Ed. K. _Th. Wilke，1. Auflage ed VEBDeutscher Verlag der Wissenschaften，1973， 1-922。設(shè)有三個(gè)有源的電阻加熱器作為頂部加熱器20a、作為外周加熱器設(shè)立的用于產(chǎn)生行波磁場(chǎng)的多個(gè)裝置21a和底部加熱器20b。 在頂部加熱器與底部加熱器之間調(diào)節(jié)溫度梯度，裝置21a如在傳統(tǒng)的外周加熱器 21中如上所述抵制徑向的熱流。在該加熱器結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置多個(gè)具有一定直徑的坩堝，例如為 3 X 200mm， 4 X 150mm， 6 X 125mm， 12 X 100mm或12 X 75mm (參見(jiàn)圖4-9)。各坩堝14，如也在其 他的實(shí)施例中，以對(duì)稱的結(jié)構(gòu)定位。 在該裝置1中現(xiàn)在將磁場(chǎng)加熱器21a設(shè)立成，使相前沿的形狀關(guān)于每一單個(gè)坩堝 的軸線18對(duì)稱(參圖6)。磁場(chǎng)加熱器21a例如描述于公開(kāi)文本W(wǎng)0 2005/041278 A2中。 據(jù)此在高壓鍋爐8內(nèi)多個(gè)石墨桿成螺旋形繞坩堝巻繞，從而它們構(gòu)成三部分，它們代表各 一個(gè)線圈。通過(guò)施加以相移的電壓(三相電流)，這些線圈保證適合的行波磁場(chǎng)。用直流電 流的附加的供應(yīng)在各線圈中保證電阻加熱。 對(duì)于按照本發(fā)明的實(shí)施形式所述型式的磁場(chǎng)加熱器這樣實(shí)現(xiàn)，使其包圍各坩堝總 體上在高壓鍋爐內(nèi)的對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，亦即特別不是各單個(gè)的坩堝。不過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)限于這樣 的情況，即其中各坩堝配置在至少一個(gè)繞坩堝結(jié)構(gòu)的對(duì)稱軸線的最多一個(gè)圓周上。另一坩 堝可以有利地附加處于裝置的對(duì)稱中心中(在中心)。 另外代替中心的坩堝可裝入另一磁場(chǎng)裝置(磁場(chǎng)加熱器21b)用以支持或抑制外 部的磁場(chǎng)，以便附加影響相界。類似裝置1示于圖11中(在那里在外面具有傳統(tǒng)的外周加 熱器21或按選擇具有磁場(chǎng)加熱器21a)。因此磁場(chǎng)的產(chǎn)生可以完全或只部分地由內(nèi)部的或 外部的磁場(chǎng)裝置承擔(dān)。 在各外部的坩堝中(參見(jiàn)圖5)旋轉(zhuǎn)的(移動(dòng)的)磁場(chǎng)(RMF)以幾個(gè)mT的數(shù)量級(jí) 推動(dòng)對(duì)流作用35(參見(jiàn)圖10、11)，其在凝固的材料16b的上方引起向熔體16a的附加的傳 熱。該熱流可以這樣確定，使其在抑制相界33的不對(duì)稱的構(gòu)成。否則由于在裝置l的中心 的中間空間23中與例如在各坩堝與各外部的外周加熱器之間狹窄的空間相比較強(qiáng)的氣體 對(duì)流可能發(fā)生不對(duì)稱的構(gòu)成。 在許多材料中結(jié)構(gòu)完整性和電的同質(zhì)性是相互矛盾的特性。這基本上是一般已知 的外在的點(diǎn)空穴與內(nèi)在的點(diǎn)空穴之間的相互作用，點(diǎn)空穴對(duì)于電的和光的材料特性是負(fù)有 責(zé)任的，并且歸咎于結(jié)構(gòu)缺陷例如位錯(cuò)或晶粒邊界。在這里觀察到顯微偏析。如果現(xiàn)在各 結(jié)構(gòu)缺陷是很緊密的，則濃度不同質(zhì)性是小的而電的和光的特性的同質(zhì)性是大的。在相反 的情況下，結(jié)構(gòu)缺陷之間的平均間距是如此之大，以致由于顯微偏析對(duì)各點(diǎn)空穴產(chǎn)生較大 的濃度差異。以下描述若干已知的測(cè)量方法用于通過(guò)裝置獲得的單晶體的重要特性及其同 質(zhì)性 將電阻率p和EL2級(jí)的晶格缺陷密度視為描述電特性的參數(shù)。
利用所謂COREMA(非接觸電阻率面分布測(cè)定)電阻率P的位置分辨的測(cè)定 是可會(huì)g的，見(jiàn)Jantz， W. and Stibal， R. in : 〃 Contactless resistivitymapping of semi-i固lating Substrates III-Vs Review 6 [4] ， 38-39. 1993 (Jantz， W.禾口 Stibal， R.的"半絕緣材料的非接觸電阻率面分布測(cè)定"，III-Vs Review 6 (4) ， 38-39頁(yè)，1993年) 禾卩Stibal， R. ， Wickert， M. ， Hiesinger， P. ， and Jantz， W. in〃 Contactless mapping of mesoscopicresistivity variations in semi-insulating Substrates 〃 ， Materials Scienceand Engineering B 66 [1-3]，21-25，19SS(Stibel， R. ， Wickert， M. ， Hiesinger， P.，和Jantz，W.的"半絕緣材料中的中介廣泛的電阻率變化的非接觸的面分布測(cè)定"，材料科學(xué)和工程B66 [1-3]， 21-25頁(yè)，1999)。該方法的典型的位置分辨率處在1mm2的范圍內(nèi)， 面分布測(cè)定(M即ping)是全面的。 在GaAs中特別重要的晶格缺陷EL2的橫向分布可用位置分辨的傳輸測(cè) 定在1000nm波長(zhǎng)時(shí)來(lái)測(cè)量，見(jiàn)Wickert， M. ， et al. in 〃 HighResolution EL2and Resistivity Topography of SI GaAs Wafers 〃 ， IEEEInc. ，1998， V 21-24(Wickert， M.等人的"SI GaAs晶片的地貌學(xué)EL2和電阻率的高分辨率"，IEEE Inc. ， 1998年，巻 21-24) ;Wickert， M. ， et al. in" Comparative High Resolution EL2and Resistivity Topography ofSemi-Insulating GaAs Wafers" ，June 1，1998Piscataway，NJ :IEEE Inc., 1999(Wickert， M.等人的"半絕緣的GaAs晶片的地貌學(xué)EL2和電阻率的較高的分辨率"， 1998年6月1日，Piscataway， NJ :IEEE Inc. 1999)。 晶片的機(jī)械殘余應(yīng)力在進(jìn)一步加工中也起著大的作用。它們?cè)诰w冷卻時(shí)的熱 彈性的應(yīng)力在提高的溫度下通過(guò)位錯(cuò)的形成而松弛時(shí)形成。明顯的是，在室溫下測(cè)量的殘 余應(yīng)力顯著地取決于在晶體的培植和冷卻過(guò)程中的溫度場(chǎng)的狀態(tài)。可以借助于極化的光 的去極化在張緊的介質(zhì)中測(cè)量晶片的殘余應(yīng)力。在〃 Photoelastic characterization of residual stressin GaAs_Wafers〃 ，H. D. Geiler et al. ， Materials and Science inSemiconductor Processing 9， (2006) p. 345-350 (GaAs晶片中的殘余應(yīng)力的光彈性特 性，H. D. Geiler等人，在半導(dǎo)體加工中的材料和科學(xué)9， (2006) P. 345-350)，描述一種方法 用于該去極化的位置分辨的測(cè)定，其允許測(cè)量殘余應(yīng)力分量。按照該方法求出全部在這里 說(shuō)明的數(shù)值。 與殘余應(yīng)力相關(guān)的參數(shù)是位錯(cuò)密度或晶粒邊界的密度。它們例如可以通過(guò)腐蝕坑 密度(印d)代表。對(duì)此使光滑的晶片表面遭受包括KOH的腐蝕材料，在各個(gè)位錯(cuò)的沖開(kāi)點(diǎn) 上腐蝕出現(xiàn)在表面中的坑，它們可以計(jì)數(shù)以便確定單位面積密度。
按照以下的數(shù)學(xué)模式實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的確定(例如電阻率P ): 分布各點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)在晶片平面內(nèi)的每一點(diǎn)(x， y)由這樣鄰近的點(diǎn)的測(cè)量 數(shù)據(jù)算出回歸平面，各鄰近的點(diǎn)位于由其以半徑l的圓周的內(nèi)部，培植的晶體必須為此鋸 開(kāi) p測(cè)量=p回歸平面+ P變化 于是作為兩個(gè)加數(shù)的和表達(dá)測(cè)量的電阻。對(duì)此P ,wgj說(shuō)明在點(diǎn)(x，y)的回歸平
面的數(shù)值，而P ^fc說(shuō)明在回歸平面的函數(shù)值與測(cè)量的數(shù)值之間的間距。 平面p (x，y) = a+bx+cy對(duì)于N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的最小二乘法近似可以唯一地通過(guò)如下
線性方程組的解得到。
2>,》,)》，]》,=》,a
、！>'、。 對(duì)于同質(zhì)性按不同的長(zhǎng)度比例尺現(xiàn)在可以使用 總的標(biāo)準(zhǔn)偏差
—，1 '.=1
總
苴中一 ，^ P
TV
12
局部的標(biāo)準(zhǔn)偏差
°"局部='
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中Ppi作為在點(diǎn)(Xi，y》的回歸平面的函數(shù)值；以及
全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差 2|々^P' 7其中一
<formula>formula see original document page 13</formula> 為了更精確的研究，按不同的長(zhǎng)度比例尺檢驗(yàn)測(cè)量值(參數(shù))。當(dāng)前大致在不多 的位錯(cuò)晶胞或細(xì)粒的數(shù)量級(jí)的范圍(半徑l為5-10mm)稱為局部的。在整個(gè)晶片上以半 徑l的最小分辨率的波動(dòng)稱為全局的。波動(dòng)按不同的長(zhǎng)度比例尺可以基于物理上不同的 原因。 為了測(cè)量值(測(cè)量的參數(shù))的局部的和全局的波動(dòng)的分開(kāi)的研究，需要以高的橫 向分辨率測(cè)定面分布。在評(píng)價(jià)中不考慮如下這些測(cè)量場(chǎng)，其作為邊界次品具有到晶片邊緣 較小的間距。 按在這里建議的研究方法可確定兩個(gè)參數(shù)邊界次品和特征長(zhǎng)度l，依此單義地
確定各參數(shù)的數(shù)學(xué)計(jì)算并且通過(guò)任何人再現(xiàn)。 但不同于建議的研究傅里葉濾波也是可能的。 現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)，通過(guò)本發(fā)明達(dá)到得到的晶體關(guān)于不僅電的而且機(jī)械結(jié)構(gòu)上的參數(shù)的 同質(zhì)性的特別優(yōu)越的特性。而且這特別適用于越過(guò)晶片的全局的(非局部的)波動(dòng)。
在此電阻率P的COREMA面分布中現(xiàn)在通過(guò)缺陷預(yù)算(Defekthaushalt)的緩慢 的變化確定全局的波動(dòng)，而通過(guò)EL2晶格缺陷濃度和位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的變化確定局部的波動(dòng)。由 于全局的波動(dòng)大于局部的波動(dòng)，在電阻率的全部測(cè)量值上的標(biāo)準(zhǔn)偏差更確切地說(shuō)是用于全 局的變化的尺度。因此至此幾乎未研究局部的波動(dòng)。 在確定腐蝕坑密度印d時(shí)在全部測(cè)量值上的標(biāo)準(zhǔn)偏差很敏感地取決于測(cè)量場(chǎng)大 小。測(cè)量場(chǎng)到測(cè)量場(chǎng)的變化是很大的，從而不同于COREMA面分布在全部值上的標(biāo)準(zhǔn)偏差說(shuō) 明局部的波動(dòng)，在這里因此至此幾乎未研究全局的變化。 晶片的剪應(yīng)力的分布(垂直于晶體軸線切割)可以用SIRD測(cè)量和靜態(tài)地評(píng)價(jià)。對(duì) 此產(chǎn)生洛倫茲分布，其對(duì)稱地在零的周圍。該分布的半值寬度可以作為材料的局部的張力 的尺度來(lái)說(shuō)明。 作為電阻同質(zhì)性的測(cè)量結(jié)果對(duì)于6英寸VGF晶片相對(duì)于電阻的平均值得到下列標(biāo)
準(zhǔn)偏差值


對(duì)于特定的按照本發(fā)明的裝置甚至得到下列值 全局=2.8%
013全局=5.3% 013局部=2.5%


局部=1. 25%
在200X200點(diǎn)分辨率、在《=10mm上平均和3mm的邊界次品的情況下實(shí)施全部 的測(cè)定。 關(guān)于印d計(jì)數(shù)(腐蝕坑密度)的同質(zhì)性現(xiàn)在確定下列標(biāo)準(zhǔn)偏差(如上相對(duì)于一個(gè) 平均值)<formula>formula see original document page 14</formula> 對(duì)于特定的按照本發(fā)明的裝置甚至得到下列值
<formula>formula see original document page 14</formula>
在這里在《=5mm上與在晶片上3mm的邊界次品區(qū)域的情況下實(shí)施平均。(全面 地)在尺寸500X500 ii m的面積上實(shí)現(xiàn)面分布測(cè)定。 對(duì)于6英寸的VGF晶片也確定EL2晶格缺陷密度的同質(zhì)性。為此將256個(gè)探測(cè)器 直線地設(shè)置在7. 5mm寬的帶條上。全面地實(shí)現(xiàn)面分布測(cè)定。作為邊緣次品確定3mm的邊條。 沿x方向的步距為570ym。沿y方向通過(guò)構(gòu)成算術(shù)的平均值適應(yīng)分辨率。對(duì)此21個(gè)帶條 各256個(gè)測(cè)量點(diǎn)，亦即沿y方向包括N二 5376個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過(guò)平均值形成相互形成彼此相 繼的各個(gè)值k(i):<formula>formula see original document page 14</formula>
函數(shù)floor(x)相當(dāng)于高斯括號(hào)(Gaussklammer)。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)偏差得到下列數(shù)值(相對(duì)于平均值的百分?jǐn)?shù))
<formula>formula see original document page 14</formula>
對(duì)于局部的和全局的數(shù)值與此相對(duì)得出
<formula>formula see original document page 14</formula>
在這里在《=10mm上與在晶片上3mm的邊緣次品區(qū)域的情況下實(shí)施平均。
此外也確定按照本發(fā)明的裝置關(guān)于Rocking-Kurven-Mapping(擺動(dòng)曲線面分布 測(cè)定)得到的同質(zhì)性。利用商業(yè)上可買到的高分辨率的X射線繞射器記錄擺動(dòng)曲線面分布， 其用Cu-Ka j寸線和在輸入側(cè)用瞄準(zhǔn)的物鏡工作。將步距"選擇成使至少六個(gè)測(cè)量點(diǎn)處于 半值寬度中，亦即其最大為1.5弧秒(角度)。在試樣表面上測(cè)定時(shí)使用{004}反射(擺動(dòng) 方向〈110>)并且步距在x方向和y方向至多為2X2mm。最大值基于至少2000個(gè)總數(shù)目。 X射線焦點(diǎn)在表面上的橫向尺寸《lmm(散射平面)或2mm(垂直于散射平面)。邊緣次品 區(qū)域離晶片邊緣2mm。半值寬度(FWHM)的確定不要進(jìn)行分辨功能的修正。
擺動(dòng)曲線寬度的分布按照其最大值得到約10個(gè)弧秒。測(cè)量的半值寬度的分布的 半值寬度為約1弧秒(約10% )。半值寬度的少于千分之一超過(guò)15弧秒(角度)。最大測(cè) 量的半值寬度處在18弧秒以下。 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)偏差(相對(duì)于平均值的百分?jǐn)?shù))得到下列數(shù)值
<formula>formula see original document page 14</formula>
對(duì)于局部的和全局的數(shù)值與此相對(duì)得出
o f冊(cè)m全局〈0. 8X o FWHM&
o f冊(cè)m局部〈0. 6X o FWHM& 在這里在《=10mm上與在晶片上3mm的邊緣次品區(qū)域的情況下實(shí)施平均。
此外確定按照本發(fā)明制造的晶體的剪應(yīng)力。利用2mm的邊緣次品和 200 ii mX200 y m的測(cè)量分辨率對(duì)于洛倫茲分布的適應(yīng)得出小于100kPa的半值寬度和對(duì)于 特定的裝置小于65kPa的半值寬度。
權(quán)利要求
用于由原材料的熔體(16)制造晶體的裝置(1)，包括爐子(10)，該爐子包括具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件(20、21)的加熱裝置，該加熱裝置設(shè)立用于在爐子(10)中產(chǎn)生沿第一方向(18)定向的溫度場(chǎng)(T)；多個(gè)至少兩個(gè)用于容納熔體(16)的坩堝(14)，所述坩堝并排設(shè)置在定向的溫度場(chǎng)(T)中；以及均化裝置(21a、21b、24、26)，用于在所述至少兩個(gè)坩堝(14)中在垂直于第一方向(18)的平面內(nèi)均化溫度場(chǎng)(T)，用于均化溫度場(chǎng)的均化裝置包括填料(24)，所述填料設(shè)置在各坩堝(14)之間的中間空間(23)中，所述填料產(chǎn)生各向異性的導(dǎo)熱。
2. 按照權(quán)利要求l所述的裝置(1)，其特征在于，各坩堝分別設(shè)置于一個(gè)氣密的、真空 密封的和/或壓力密封的容器(9)中，并且填料(24)裝入氣密的、真空密封的和/或壓力 密封的容器(9)之間并且在這些容器(9)的外部。
3. 按照權(quán)利要求l所述的裝置(l)，其特征在于，各坩堝(14)共同設(shè)置在一個(gè)氣密的、 真空密封的和/或壓力密封的鍋爐(8)中，并且填料(24)在鍋爐(8)內(nèi)設(shè)置在各坩堝(14) 之間。
4. 按照權(quán)利要求1至3之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，填料(24)具有適應(yīng)于原 材料熔體的材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
5. 按照權(quán)利要求1至4之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，填料(24)是選自如下材料組 石墨、陶瓷或纖維材料。
6. 按照權(quán)利要求1至3之一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，填料(24)包括原材料熔 體(16)的材料。
7. 按照權(quán)利要求6所述的裝置(l)，其特征在于，包括原材料熔體(16)的材料的填料 填充于多個(gè)中間坩堝(26)中，所述中間坩堝的外形適應(yīng)于所述多個(gè)坩堝(14)的外形，以便 填充各坩堝(14)之間的或在氣密的、真空封密的和/或壓力密封的容器(9)的情況下在包 括各坩堝(14)的各容器(9)之間的中間空間(23)。
8. 按照權(quán)利要求1至7之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，導(dǎo)熱沿第一方向(18)的第一 分量小于要由坩堝(14)容納的原材料熔體(16)的材料的導(dǎo)熱。
9. 按照權(quán)利要求1至8之一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，導(dǎo)熱在垂直于第一方向(18) 的平面內(nèi)的第二分量大于或等于要由坩堝(14)容納的原材料熔體的材料的導(dǎo)熱，以便在 該平面內(nèi)能夠在各坩堝之間實(shí)現(xiàn)快速的溫度平衡。
10. 按照權(quán)利要求8所述的裝置(l)，其特征在于，填料(24)是纖維材料或多層的復(fù)合 材料。
11. 按照權(quán)利要求1至10之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，在裝置中心的填料(24) 的特性不同于在邊緣區(qū)域內(nèi)的填料的特性。
12. 按照權(quán)利要求l至ll之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，各坩堝(14)圍繞共同 的中心沿方位角的方向?qū)ΨQ地設(shè)置。
13. 按照權(quán)利要求12所述的裝置(l)，其特征在于，各坩堝(14)對(duì)稱地在一個(gè)或多個(gè) 圓周上繞所述共同的中心設(shè)置。
14. 按照權(quán)利要求1至13之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，各坩堝(14)以六邊形 的結(jié)構(gòu)定位于爐子(10)內(nèi)。
15. 按照權(quán)利要求1至14之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，各坩堝(14a)在垂直于 第一方向(18)的平面內(nèi)分別具有矩形的橫截面，并且以矩陣形式在行列中分別設(shè)置至少 兩個(gè)坩堝(14a)。
16. 按照上述權(quán)利要求之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，用于溫度場(chǎng)(T)的均化的 均化裝置是用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置(21a、21b)。
17. 按照權(quán)利要求16所述的裝置(l)，其特征在于，各坩堝(14)成圓形設(shè)置在爐子 (10)內(nèi)，并且在各坩堝(14)的圓心中設(shè)置另一坩堝(14b)。
18. 按照權(quán)利要求16至17之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置 設(shè)置在共同包圍各坩堝(14)的氣密的、真空密封的和/或壓力密封的鍋爐(8)內(nèi)。
19. 按照權(quán)利要求16至18之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置 (21)設(shè)置在所述多個(gè)坩堝(14)的外部并且從外部對(duì)所述多個(gè)坩堝產(chǎn)生作用。
20. 按照權(quán)利要求16至19之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置 (21b)設(shè)置在所述多個(gè)坩堝(14)的中心并且對(duì)所述多個(gè)坩堝產(chǎn)生作用。
21. 按照權(quán)利要求1至20之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，它沿第一方向(18)測(cè) 量的縱向伸展尺寸小于在垂直于第一方向(18)的平面內(nèi)的橫向伸展尺寸。
22. 按照權(quán)利要求1至21之一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，填料包括多個(gè)彼此分開(kāi) 存在的填充體，各填充體能彼此獨(dú)立地插入到所述用于由原材料的熔體制造晶體的裝置的 各坩堝之間的中間空間中。
23. 按照權(quán)利要求22所述的裝置(l)，其特征在于，為至少兩個(gè)填充體設(shè)有關(guān)于導(dǎo)熱性 彼此不同的材料特性。
24. 用于由原材料的熔體(16)制造晶體的裝置(l)，包括爐子(IO)，其包括具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件(20、21)的加熱裝置，所述加熱裝置設(shè)立 用于在爐子(10)中產(chǎn)生沿第一方向(18)定向的溫度場(chǎng)(T);多個(gè)至少兩個(gè)用于容納熔體(16)的坩堝(14)，所述坩堝并排設(shè)置在定向的溫度場(chǎng)(T) 中；以及均化裝置(21a、21b、24、26)，用于在所述至少兩個(gè)坩堝(14)中在垂直于第一方向(18) 的平面內(nèi)均化溫度場(chǎng)(T)，所述用于均化溫度場(chǎng)的均化裝置包括填料(24)，其設(shè)置在各坩 堝(14)之間的中間空間(23)中；以及磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置(21a、21b)，其設(shè)立用于抵制在熔體 (16)凝固時(shí)由于所述多個(gè)坩堝(14)的相互影響引起的相界的不對(duì)稱的構(gòu)成。
25. 按照權(quán)利要求1至24之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，它設(shè)立用于制造III-V、 IV-IV和III-V族化合物半導(dǎo)體尤其是GaAs、 CdTe或InP或制造Ge或Si的單晶體。
26. 按照權(quán)利要求1至25之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，它設(shè)立用于制造多晶 體材料，其具有至少100X100mm或125X 125mm或150X150mm的正方形或矩形的橫截面尺 寸。
27. 按照權(quán)利要求1至26之一項(xiàng)所述的裝置(1)，其特征在于，它設(shè)立用于制造具有3 英寸、4英寸、6英寸或8英寸或中間數(shù)值的直徑的單晶體。
28. 按照權(quán)利要求1至27之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，加熱裝置包括底部加熱 器(20b)和頂部加熱器(20a)作為加熱元件(20)。
29. 按照權(quán)利要求1至27之一項(xiàng)所述的裝置(l)，其特征在于，加熱裝置包括一個(gè)或多個(gè)外周加熱器作為加熱元件。
30. 用于由原材料的熔體(16)制造晶體的方法，利用按權(quán)利要求1至29之一項(xiàng)所述的 裝置(1)實(shí)施該方法。
31. 用于由原材料的熔體(16)制造晶體的方法，包括 將原材料熔體(16)裝入多個(gè)在爐子(10)中并排設(shè)置的坩堝(14)中； 在每一坩堝(14)中沿第一方向(18)產(chǎn)生定向的溫度場(chǎng)(T);借助于裝入各坩堝(14)之間的中間空間中的填料和/或(b)通過(guò)產(chǎn)生在爐子(10) 中對(duì)原材料熔體(16)產(chǎn)生作用的行波磁場(chǎng)，在垂直于第一方向(18)的平面內(nèi)均化溫度場(chǎng) (T);定向凝固原材料熔體(16)以便形成晶體。
32. 晶體，包括半導(dǎo)體材料，所述晶體具有位錯(cuò)密度的一種分布并且代表位錯(cuò)密度的腐 蝕坑密度(印d)的全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差(o 4員)在垂直于晶體縱軸線的平面內(nèi)小于晶體的腐蝕 坑密度的平均值的23%，其中全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差的確定基于特征長(zhǎng)度5mm。
33. 按照權(quán)利要求32所述的晶體，其特征在于，全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)值小于晶體的腐 蝕坑密度的平均值的17. 6%。
34. 晶體，包括半導(dǎo)體材料，所述晶體具有電阻率的一種分布并且全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差(o 4員)在垂直于晶體縱軸線的平面內(nèi)小于晶體的電阻率的平均值的5.3%，其中全局的標(biāo)準(zhǔn) 偏差的確定基于特征長(zhǎng)度10mm。
35. 按照權(quán)利要求34所述的晶體，其特征在于，局部的標(biāo)準(zhǔn)偏差小于晶體的電阻率的 平均值的2.8%。
36. 按照由權(quán)利要求32或33的特征與由權(quán)利要求34或35的特征的組合的晶體。
37. 按照權(quán)利要求32至36之一項(xiàng)所述的晶體，其特征在于，EL2密度的全局的標(biāo)準(zhǔn)偏 差小于8. 5%。
38. 按照權(quán)利要求32至37之一項(xiàng)所述的晶體，其特征在于，擺動(dòng)曲線的半值寬度的分 布的全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差在垂直于晶體縱軸線的平面內(nèi)小于擺動(dòng)曲線的半值寬度的分布的平 均值的5. 6%，其中全局的標(biāo)準(zhǔn)偏差的確定基于特征長(zhǎng)度10mm。
39. 按照權(quán)利要求32至38之一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的晶體，其特征在于，結(jié)晶的材料中的位 錯(cuò)密度等于零或小于每平方厘米100。
40. 按照權(quán)利要求32至39之一項(xiàng)所述的晶體，其特征在于，晶體中剪應(yīng)力的洛倫茲分 布的半值寬度小于100kPa。
41. 按照權(quán)利要求40所述的晶體，其特征在于，晶體中局部的剪應(yīng)力的洛倫茲分布的 半值寬度小于65kPa。
42. 按照權(quán)利要求32至41之一項(xiàng)所述的晶體，其特征在于，晶體是單晶體。
43. 按照權(quán)利要求32至42之一項(xiàng)所述的晶體，其特征在于，晶體作為半導(dǎo)體材料包括 GaAs。
全文摘要
一種用于由原材料的熔體(16)制造晶體的裝置(1)包括爐子，其包括具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件(20、21)的加熱裝置，該加熱裝置設(shè)立用于在爐子中產(chǎn)生沿第一方向(18)定向的溫度場(chǎng)(T)；多個(gè)用以容納熔體的坩堝(14)，它們并排設(shè)置在定向的溫度場(chǎng)中；以及均化裝置(21a、21b、24、26)，用于在所述至少兩個(gè)坩堝中在垂直于第一方向的平面內(nèi)均化溫度場(chǎng)。該均化裝置可以涉及多個(gè)填料(24)，它們裝入各坩堝之間的中間空間中并且配備各向異性的導(dǎo)熱性，以便優(yōu)選引起徑向定向的熱傳輸。對(duì)此附加或按選擇也可以涉及用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置(21a、21b)，它們與各填料(24)相互作用。
文檔編號(hào)C30B11/00GK101772596SQ200880025102
公開(kāi)日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者M·布賴, M·舍費(fèi)爾-奇甘, R·呂曼, S·艾希勒, T·賓格爾 申請(qǐng)人:弗賴貝格化合物原料有限公司