CN101548031B - 晶体制造 - Google Patents

Abstract

本发明提出和描述了一种切克劳斯基型晶体生长的实现方式。更具体地，描述了一种具有合适的绝缘和流布置的熔炉，用于改善晶体生产的成本效率。这通过所描述的新的热区结构、气流和生长工艺来实现，其通过例如提供用于打开热区和方便地使所述热区适应新的晶体直径的装置而能够降低功耗，增加热区部件的寿命，并提高生产率。

Description

晶体制造

技术领域

本发明涉及一种借助通用层面上与切克劳斯基（Czochralski）相关的技术制造晶体的设备和方法，更具体地，涉及一种提高晶体产品（尤其是半导体晶体）的成本效率的设备和方法。本发明涉及一种熔炉的流布置,所述熔炉包括用于切克劳斯基型的由熔融物进行晶体生长的坩埚。本发明涉及一种流动布置系统。本发明涉及一种根据关于热布置的独立权利要求的前序部分的热布置。本发明涉及一种热布置系统。本发明涉及一种用于切克劳斯基型的晶体生长的熔炉的热区结构。本发明涉及一种用于切克劳斯基型的晶体生长的熔炉。本发明还涉及一种晶体生长方法，该方法包括包括准备阶段、拉晶阶段和拉晶后操作阶段。

背景技术

半导体单晶通常采用切克劳斯基方法制造。通过采用在腔中的坩埚周围的加热元件，半导体填料（例如硅）在坩埚（例如由硅石制成）中熔融。惰性气体流，通常为氩气，用于填没（flush）熔炉和熔融表面。拉拔机构位于坩埚上方以将晶体从所述熔融物拉出。该晶体拉拔熔炉的主真空腔内部的耐热部件，其形成所谓热区，通常由石墨和热绝缘的软和/或硬石墨毡状制品制成。各种其它的材料（例如金属、复合物或耐火材料）或涂层（例如覆有SiC的石墨）在一定程度上用于热区是公知的。坩埚、加热器以及围绕所述加热器的绝缘的管状热护罩是某些公知技术中的热区的典型部件。还知道的是，在基本的晶体生长过程中，磁场可以用于控制熔融流和/或晶体属性，例如氧化物浓度，并用于提高生长产率。在晶体熔融和/或生长过程中将使用的坩埚下面使用附加的底部加热器来缩短熔融时间，并优化所述热区中的温度分布在此之前同样是已知的。

热区设计对总成本和晶体的质量及生产率具有重要的影响。然而，早期的热区的设计通常造成很大的热损失和热功耗，这是由于有限的或局部缺失的热绝缘，同时，该设计还导致很差的气流特性，所述气流特性增加了气体消耗同时仍然仅实现较低的晶体产率，这是因为颗粒形成在有害的位置且到达熔融物，由于在其表面上的强烈反应所述设计还导致热区部件的低寿命和/或晶体相对于污染物或其它质量方面的低质量。带来的对于电、气和石墨部件较高成本，再加上很差的晶体产率和质量以及清洁熔炉或更换热区部件所需要的额外时间，增加了单位可用晶体长度上的总生产成本。进而，生产率的降低成为问题。另外的问题可能与稳定性/过程再现率的缺失相关，这是因为由于例如包含蒸气的硅的沉积，因此当前热区的石墨部件的腐蚀/侵蚀和/或各种表面属性的改变。尽管后来已经实现在热区设计中的多个改进以改善一些方面（如下文所述），但是情况仍离最优的情况很远。

在热区设计的现有技术中，没有太多的关注给予功耗，而其它因素，例如质量、生产率和产率已经被给以更多的关注。所述设计经常具有非常有限的热绝缘。在热区的上部中（也经常在下部中）的大片区域可能仅有不多的绝缘，且从热区通过例如热电极和坩埚的穿心轴以及气体出口到泵送管线的热泄漏也非常严重，或者在一些区域/位置上，甚至完全没有规定热绝缘。

热绝缘的改善经常是局部的、集中在熔融物上方的区域中的，并由目标驱动以改善晶体质量和/或增加拉晶速率（pulling rate），而功耗没有没考虑太多，且该问题也没有被适当地解决。然而，虽然这些设计部分地屏蔽晶体以使其免受来自热熔融物和热区的热辐射，以允许更高的拉晶速率，但是它们没有被优化或目标集中于降低热区整体上的功耗。高的功率损失和功率消耗通常也导致至少在局部上的更高的最高温度，以及在热区内部的更大的温度非均匀性。这些是有害的，因为由于反应的增加或局部增强，因此降低了热区部件的寿命或者造成了热区和晶体中的温度分布的漂移。随着这些改变变得太大，所述部件必须被更换，这增加成本并需要额外的工作和时间，且降低了生产率。在坩埚-熔融物界面处的更高的温度对坩埚也是有害的，这是因为它们加速了坩埚中的不期望的改变，并且还使得熔融流行为更不稳定，并导致更低的晶体产率。

在大多数情况下，惰性气体被从上方引导到热区，通过晶体和熔融表面，并最终在通过所述热区之后，流过出口到达与晶体生长器的主真空腔的下部相连的真空泵送管线。早期的热区没有太多的关注在熔融表面附近区域中的气流的几何形状，而在当前已知的热区中，在所述熔融物上方的管状或锥形部件经常为此目的而使用，见例如专利US4330362所述的对于关于热区问题的解决方案。然而，尽管引导所述气流通过这种部件提供了多个优点，但是其也可能增强来自熔融物的物质的蒸发到达将成为问题的水平。进而，由于大多数气流通过所述熔融表面，从热区上方的真空腔的内表面或者从热区的上表面释放出的附带的颗粒，有很大几率随着所述气流被输送到熔融区域，如果所述颗粒到达熔融物和熔融晶体界面，则在所述熔融区域中，这些颗粒可以导致晶体中的位错，并因此降低产率。在所述表面上的这种颗粒经常源自用于热区的材料，源自熔炉内部的反应或凝固，或者源自清洁或维护操作。除去颗粒型的污染物，来自不同表面的蒸气化污染物如果触及熔融表面，也是有害的。

石墨部件的寿命和通过合适的气流路径和热区设计来增加其寿命的方法已经在公知技术中被讨论。然而，已知的气体路径的解决方案表现为独立的方案，其中气流与加热器和/或坩埚分开，以延长其寿命和/或其它基于石墨的部件的寿命，而与例如温度分布无关。然而，已知设计的熔炉通常需要与所述腔的非标准排气管线连接位置，以及用于气体系统的专用装备，而且在熔炉和晶体生长工艺不进行大的改变的条件下不易于被标准熔炉采用。这种设计同样不易于与标准类型的熔炉匹配，且可能对在各种工艺中使用的可能的辅助系统具有不利的影响。

在使晶体生长之后，熔炉和热区必须能够为清洁或维护操作而开放，这包括例如去除所使用的例如石英或硅石坩埚和其中的残余材料，以及可能去除灰尘和其它碎屑。热区的条件可以被检查，并针对下一批次最后对熔炉进行充填。热区的开放和处理的方便性是有助于生产率和晶体生长的总成本的因素，尤其是在热区更大的情况下，这是由于存在大和笨重的不能易于手工抬升的部件，但在很大程度上这个问题在目前的文献中没有得到解决。外部设备可以用于抬升，但这是昂贵的方案，并需要用于将设备与生长器和/或热区部件的接合和分离的一些空间和时间。尤其，在已知的熔炉中的坩埚上方的热区部件的处理将减缓清洁和其它所需的操作，并因此降低生产率。

生产的柔性经常需要同一生长器用于产生不同的晶体直径。例如，如果同一熔炉用于生长8”和6”的硅或锗晶体，则对于两种晶体直径一种热区设计可能是无用的或者不是优化的。对8”设计的热区不进行任何改变就来进行6”的晶体的生长将导致成本增加、生产率降低、晶体质量降低和/或晶体产率降低。对于热区设计和工序存在需求，即在所述热区设计和工序中，在从一种直径适配于另一种直径时，能够方便和迅速地，并仅需要改变最低数量的小的相对廉价的热区部件。

发明内容

本发明的实施例目的在于解决或至少缓解已知技术的缺陷。该目标可以由本发明的实施例来实现。

本发明的实施例涉及一种热区设计、一种生长器的流动布置、一种熔炉和一种采用热区设计的方法，这能够降低晶体的总生产成本，并提高生产率。

本发明基于以下事实：注意到一定的热绝缘与一定的上部件处（即在晶体拉拔的布置的拉拔端）的流动的结合，显著地改善了晶体、熔融物和/或接近所述熔融物和待拉拔的晶体之间的界面的某些部件的温度分布。另外，其不仅仅是晶体具有某些需要的温度分布，而且在所述坩埚周围的温度也期望能够被控制成为合适的小温度差。作为副作用，可能显著地降低构成、沉积和/或对敏感表面的结构的有害物质的反应。结果，热电阻的腐蚀可能被放缓。另外，热区的其它部件也能够持续更长时间，所述绝缘材料的寿命被延长，且所述腔部件会保持更加清洁。另外，本发明的实施例提高了热区布置的开放和维持的方便性，有助于实现生长器和热区的内部污染水平的降低和清洁度的提高。

改善热绝缘非常困难，除非采用优选的良好的建模软件工具以某种方式的系统研究开始找出热损失。我们已经注意到看似无害的绝缘的间断性可能实际上是意义重大的。这种热损失的薄弱环节也被称为热桥或冷桥。一示例示出穿透为硅生长而设计的热区的绝缘体的结构化的石墨的作用。这种绝缘的破坏是工业标准，由于热绝缘内部的热区部件必须以合适的方式支撑，这意味着与尺寸上稳定的结构材料的正确的接触。在用于硅生长的热区的内部和外部之间的典型的温差是大约800℃，且1m外径的热区中的单个石墨板，该石墨板仅仅6mm厚因而在那里中断了3cm厚的绝缘，将造成10kW量级的热损耗。另一个示例：绝缘体中100cm²的孔造成典型的30kW量级的热损失。针对硅的热区设计需要多个位置上的孔，且例如允许净化气体流出所述热区的那些部件已经具有通常在100cm²范围内的组合面积。

甚至在确定了热桥之后，尽管正确地弄清楚了这些热损失的薄弱环节的不利影响，这种热区的构造仍旧难以确定。这是因为：例如（1）在热区绝缘体的内部和外部区域之间的大的温差；（2）用于绝缘体的空间有限与生长器和热区构件的成本之间的权衡；（3）可用的结构化材料的典型的高热传导性；（4）由热区的不同部件的大温差所造成的显著的尺寸变化，需要在不损失位置精度或不破坏所述部件的条件下吸收所述大的温差。

就硅的切克劳斯基生长而言，除了被引导以净化熔融表面的流之外，对其它并行的气体路径的需求随着热区的热绝缘的改善而增加。这是因为更好的热绝缘导致在石英或硅石坩埚与硅熔融物之间的界面处的温度更低，降低了氧在所述熔融物的溶解率，这应当被补偿，通过减少直接通到所述熔融表面的气流以及从所述熔融物蒸发的氧气以获得对所述晶体的指定氧浓度进行该补偿。然而，总气流应当足够高以有效地填没热区来限制二氧化硅与石墨之间的反应，以保持石墨部件的寿命足够长，并保持熔炉较为清洁免受颗粒影响。因此，为了避免由太少的氩气气流造成的缺陷，气体应当也通过其它路径引导到热区，尤其是在热区的热绝缘良好的情况下。另外，在气体已经进入热区和通过熔融表面之后，在热区的内部部件中的精确气流路径也是重要的。

发明人注意到，热区的热和气流设计以及热区的特性经由本发明的各个方面而被联系，并对晶体产率和质量具有重要的影响，且它们不能被完全单独地进行设计。保护性惰性气体的气流特性受到限定气流路径的热区设计的影响，也受到气流的过程参数，诸如气体质量流和生长腔内部的压力，的影响。另一方面，热区中对于气体的任何入口或出口也是热量的可能泄漏的路径。所述气流路径和特性对于以下各项具有影响：

（A）热区部件的寿命。例如，在石墨或石墨制品的部件、硅熔融物，以及由硅石制成的坩埚的情况下，寿命限制主要由二氧化硅和石墨之间的反应决定，导致在石墨表面上形成碳化硅和材料属性（例如热传导性、辐射率以及在加热器情况下的电阻率）的变化或者最终甚至导致材料属性的丧失。所述变化，尤其是在没有均匀地分布在热区中的条件下，将改变热区和晶体中的温度分布，这可能导致处理条件未被优化，并因此降低晶体产率和/或晶体质量。例如，所述晶体的氧浓度可能从其目标值偏离，或者可能造成单晶结构的损失。

（B）晶体产率。所述气流净化从熔融物中蒸发出的物质（例如SiO），并防止颗粒（例如SiO的颗粒）在熔融表面附近形成，在那里它们可能到达熔融物，并最终到达晶体-熔融物界面，并因此经常导致结构位错，而结构位错将使得晶体或其一部分失效，从而降低了晶体产率。另外，其它污染物/沉积物可能在熔炉中熔融表面下游的更远的部件上形成或源自这些部件。这种污染物可以包括气相或颗粒相，其能够漂移到熔融物。高掺杂晶体（例如As,Sb,P）还需要熔融物中掺杂剂的高含量，且所掺杂的元素可以以氧化物的形式蒸发，这可能在以后形成颗粒，或者它们可能造成与它们相接触的热区部件的磨损。

（C）晶体的氧浓度。在熔融表面附近的气流对于氧（例如SiO或其它含氧气体或蒸气）从熔融物的蒸发率有影响，且是用于控制晶体的氧浓度的主要因素之一。原理上，用于净化熔融表面的氩气质量流越大通常将导致晶体中的氧浓度越低。

（D）晶体杂质。在硅晶体中的主要杂质之一是碳。大部分碳污染物来自SiO蒸发气体与热石墨部件之间的反应，这会生成可能到达熔融物的CO气体，如果气流允许这种情况出现的话，将增加熔融物和晶体中的含碳量。

（E）气体消耗可以通过本发明的实施例来降低，且相关的成本也会得以降低。进而，会降低污染物被气体输送到熔融物的概率。

在下文中，根据切克劳斯基型方法或切克劳斯基型工艺的晶体制造表示在工艺中晶体材料的制造，其中籽晶或类似物与容纳在坩埚中的熔融物相接触，以借助由所述籽晶所限定的结构使晶体生长。

在下文中，术语“生长器”用于表示这种布置：其包括用于根据切克劳斯基型的晶体制造所需的部件。这包括：例如，真空兼容腔、用于在生长腔中提供合适的大气和压力的装置，以及用于以适当方式移动坩埚和晶体所需的系统。生长器还可以包括多个附加的部件，例如不同类型的多个加热器的动力源、控制系统以及永磁体和/或电磁体。

在下文中，术语“热区”用于表示这种布置：其包括生长器真空腔的内部的所需部件，所述部件是适于晶体生长形成的热力和气流条件所需要的部件。热区包括例如用于容纳熔融物的坩埚、一个或多个不同类型的加热器、以及在所述坩埚和/或加热器周围的热绝缘体。任何部件，如果从所述真空腔的顶部悬垂下来，且没有对坩埚中的温度分布具有明显的贡献，则不被考虑成所述热区的一部件。

在下文中，术语“熔炉”用于表示所述生长器和热区形成在一起的组合，且其可以连接到合适的电源、冷却和气体系统，同样用于晶体生长。

在下文中，术语“坩埚”表示任何适合于容纳对于切克劳斯基型工艺被熔融到熔融物中的充填物的任何容器，除非以其它方式特别指出，否则与坩埚的材料和/或坩埚的精细结构无关。术语“承受器”用于表示某种坩埚形容器。“承受器”用于以机械方式支撑容纳熔融物的所述坩埚。如果没有使用容纳器，则该词语“承受器”表示坩埚本身。

在下文中，术语“拉拔”与切克劳斯基型方法或工艺相关，不仅仅限于单纯的拉拔，而是表示籽晶相对于固体-熔融物界面的相对运动。

在下文中，术语“加热器”用于表示用于将其它的能量源转换成热量而加热充填物、坩埚、晶体或生长器内部的任何其它部件的装置。术语“底部加热器”用于描述在晶体的本体生长过程中位于坩埚底部平面以下的加热器，为其最大多数的加热功率。术语“主加热器”是位于坩埚外径外部的加热器，为其大多数的加热功率。术语“表面加热器”是位于坩埚外径内部的加热器，其位于熔融表面上方。

在下文中，术语“真空”表示在负压条件下的气态介质，以使得其含义从外部空间的真空引申为基本正常的大气压力的条件。术语“真空腔”表示为能够实现和/或保持所述坩埚周围的真空的容器和/或布置。该术语还用于这种腔：如果晶体生长过程需要正常的大气压力或高于正常的大气压力的压力时，其能够在不进行改变或仅仅进行微小改变之后保持真空。

在下文中，流体（例如气体）的路径或通道，表示流体的通路，其允许流体在其中流动。因此，所述通道或路径可以以多种方式体现。路径可以沿着管从其一端到另一端限定，而且也可以由两个管或圆柱体限定，所述两个管或圆柱体中一个围绕另一个，留下环形空间限定通道，其不限于同轴的管或圆柱体。以相同的方式，锥管、平板或环形也可以限定通道。可以设计数量非常多的各种通道形状。通道也可以容纳粒状的、多孔的、纤维的或其它类型的允许流体通过的材料。

在下文中，术语“掺杂剂”表示相对少量的化学元素，而不是待熔融的充填物的主要组成成分。这些掺杂剂通常属于元素周期表中的III、IV或V族，且它们在熔融物中含量可以从不足0.1ppb（十亿分之一）变化到大约百分之一的电活性掺杂剂，以及，如果除熔融物和/或晶体的电导率或导电类型之外的属性被涉及，其可以从小于1ppm（百万分之一）变化到百分之几。

根据本发明的一个实施例，加热器可以具有关于晶体和/或熔融物大致圆柱对称的几何形状。然而，根据本发明的另一个实施例，加热器可以包括非对称安装的加热器部件以平衡所述熔融物和/或晶体的温度分布。根据另一个实施例，采用允许调整热区的其余部分和加热器之间的几何形状的装置。根据本发明的一个实施例，所述几何形状可以在两次生长之间改变。根据一个实施例，所述几何形状也可以在生长过程中改变。

根据本发明的流布置包括用于在所述熔炉的流入口处的气流的至少一个入口流通道以及在所述熔炉的气体出口处的至少一个出口流通道，以及在其间的热区中的流引导布置，所述流引导布置在晶体生长过程中设置成将所述至少一个入口流分成第一部分流和第二部分流，以使所述第一部分流沿着引导表面被引导以在离开所述热区之前进入熔融区域，而所述第二部分流设置成在离开所述热区之前避开坩埚中的所述熔融物上方的空间。

根据本发明的流布置系统包括用于设定具有第一特征测度的第一晶体的第一流布置的流几何形状的第一组以及用于设定具有第二特征测度的第二晶体的第二流布置的流几何形状的第二组。

根据本发明的热布置特征在关于热布置的独立权利要求的特征部分中已经描述了。

根据本发明的热布置系统特征在关于热布置系统的独立权利要求的特征部分中已经描述了。

根据本发明的热区结构包括上述的流布置。

根据本发明的熔炉包括：坩埚，用于保持充填物和/或熔融物，热布置，包括加热器及其控制装置，用于将坩埚加热到使坩埚中的材料熔融的温度，拉拔机构，设置成将晶体从所述熔融的坩埚中拉出，生长腔，设置成至少将所述坩埚和所述加热器密封到用于使待生长的晶体进行生长的气体环境中，以及上述的热区结构。

根据本发明的熔炉包括：生长腔，生长腔内部连接装置，其设置成连接热区结构的热区部件。

根据本发明的晶体生长方法包括准备阶段、拉晶阶段和拉晶后操作阶段，还包括：选择一组热区部件和/或绝缘部件以装到用于所述晶体的特征属性的范围内的所述晶体的生长的熔炉中。

本发明的权利要求中，前序部分和的特征部分之间的交接处已经在这些权利要求中由表述“其特征在于”、“其中”和/或“包括”表示出来。

本发明的实施例采用切克劳斯基型方法更具成本效率地制造半导体单晶，同时就例如碳杂质含量和作为这种晶体和/或晶片销售的晶体的产率而论，保持或改善晶体质量，所述晶体可以是未经处理的或经过处理的。晶体生产的成本效率例如通过电、惰性气体和热区部件的消耗量和成本，操作人员的工作量和成本，对生长过程的总循环时间有贡献的任何工序以及对熔炉的投资成本来考虑。

除了改善成本效率作为主要目的，下列子目的也作考虑：

（a）电功耗的降低。

（b）昂贵的和更换缓慢的热区部件（例如结构化石墨部件和绝缘体部件）的实际寿命的延长。并且，正确的绝缘和合适均匀的温度分布得到更具可重现性的生长过程，甚至在热区构件经历显著的磨损时也是如此。

（c）热区结构，所述热区结构允许热区的容易的和具成本效率的适应（adaption）以改变晶体直径。在保持或改善晶体质量和晶体产率的同时获得更好的成本效率。

（d）通过采用本发明的实施例获得更好的成本效率，就尽可能合理的考虑而言，其与标准晶体生长熔炉兼容，而不需要对于熔炉的昂贵的改造，或者不需要昂贵的附加装备。

为了实现上述目标，在本发明的实施例中，提供了设备和方法。在权利要求中更细致地描述的本发明的实施例包括下列方面，即第一方面（i）、第二方面（ii）、第三方面（iii）、第四方面（iv）和第五方面（v），下面也以参考标号（i）-（v）表示，尽管可以对本发明的基本实施例的存在的示例进行多种变体。

（i）拉晶熔炉的热区，其构造成具有良好的和基本上连续的热绝缘性，给出成本效率的改善。

（ii）新的惰性气体路径，在所述路径中，气体经过两条不同的路径进入热区，给出更好的流模式，因而以相对低的惰性气体消耗来实视石墨部件的寿命和晶体产率和质量的增加。

（iii）热区设计和相关部件的连接，其采用在拉拔装置中的抬升机构，允许热区上部件与生长器的主真空腔的顶部一起抬升。

（iv）热区，所述热区通过容易地仅仅改变热区中的少量的相对较小和廉价的部件，允许从一个晶体直径到另一个直径的良好改适。

（v）节省操作人员劳动力的热区设计。根据本发明的实施例的热区设计保持熔炉清洁和易于访问，并因此减少热区部件和生长腔的清洁工作。

尽管各实施例可能直接地与一个方面相关，但是这种实施例也可以直接或间接涉及另一方面。本发明的实施例在合适的部件上可结合，甚至所述合适的部件来自另一类别。

附图说明

在下文中，本发明的实施例通过参照下列附图（图）进行更详细地描述，在所述附图中以示例的方式示出本发明的实施例。

图1示出根据本发明的实施例的晶体制造布置的纵向截面。

图1b详细地示出图1中热区的细节。

图2示出单晶制造布置的细节，示出在气体出口处的热区设计。

图3示出晶体制造布置的细节的纵向截面，示出根据本发明的一个实施例的热区中的气流路径。

图4示出晶体制造布置的细节，示出在热区设计中的气流路径。

图5示出在热区设计中具有附加的气流路径的晶体制造布置的细节。

图6示意性示出包括热区的晶体制造布置的细节，并示出在根据本发明的一个实施例中的腔的上部件的抬升。

图7进一步示出根据本发明的一个实施例的腔、其上部件和热区布置。

图8示意性示出晶体制造布置的细节，其包括根据本发明的一个实施例的不同晶体直径的可适应性的热区。

图9示出为晶体制造过程选择合适的热区部件的流程图的示例。

所述附图仅仅示意性地示出本发明的实施例的示例，而不试图将本发明的范围限制为所示的实施例。在附图中所示出的物体的尺寸不一定是按比例的。与“水平”、“垂直”、“上”或“下”、“升高”或“降低”相关的术语与晶体、坩埚和/或生长器的真空腔或其部件相关，且它们仅仅以示例性方式用作示例以表示相互位置或它们之间的变化，但是没有对于重力和/或附图所在的纸的方向的特殊约定。因此，本领域的普通技术人员知道，尽管在一些示例中，上和下用于与文档纸方向相关的方向，和/或与重力方向相同或相反的方向，但是在实际的装置中，所述上和下是在可相互移动的某些物体之间的相对度量。本发明的各种实施例也可以以合适的结合方式使用。

具体实施方式

图1以示意性的方式示出本发明的一个实施例中的生长腔的内部结构。为简单起见，没有示出提供电力、气体、真空、磁场，以及晶体4、熔融物5和/或坩埚6等的抬升所需的支持件和控制系统。

尽管晶体已经在图1中示出为具有锥形构件的开口或坩埚轴线共轴的几何形状，但是晶体和/或坩埚可以在合适的部分具有不同的旋转轴线。因此，根据另一个实施例，晶体可以沿着明确地位于坩埚的旋转轴线和/或熔融物的旋转轴线的外侧的轴线旋转。根据本发明一个实施例，熔融物被旋转以提供相对于晶体的旋转运动。根据本发明的一个实施例，晶体可以相对于在坩埚的非轴线位置处的熔融物被旋转。根据本发明的一个实施例，晶体、熔融物和/或坩埚可以独立地或者彼此以不同的角速度旋转。在一个实施例中，可以选用相反的方向。根据本发明的一个实施例，熔融物的角速度可以与晶体的角速度基本相同，但是略有差异，以允许在界面处相对运动很慢，以用于让材料晶体化。然而，在不偏离本发明的这种实施例的范围的情况下，本领域的普通技术人员从所述实施例中能够想到用于组合熔融物、坩埚和晶体的旋转运动的多种方式。

根据本发明的一个实施例，腔1具有顶部部件1a，其中所述顶部仅仅表示在介质上示出的方向。所述腔还具有底部部件1c，但是不一定具有单独的中间部件1b。在图1的横截面中，腔1的左、右壁设置有凸缘以表示用于打开所述腔的装置，其在操作时具有根据一个实施例具有接近真空的内部环境，而根据另一个实施例甚至被保持在相当高的过压下。根据本发明的一个实施例的腔还可以包括比图1示出的更多的部件。

图1中的真空腔的横截面形状具有矩形形式，然而，这仅仅是为了简单起见，而不试图对生长器腔的形状进行任何限制。因此，可以在不脱离本发明的范围的条件下，修改成圆柱形状或管状形状的横截面的角部。根据本发明的一个实施例，底部部件1c和/或顶部部件1a可以由一段半球形或另一个曲线形状来逼近。在这种实施例中，底部和/或顶部部件的曲率可以用于例如引导热辐射流回到熔炉的内部，到热区。中间部件1b不需要如在作为示例的所示实施例中一样一定为圆柱形，也可以是其它形状，例如桶形也是可以的。在图1中，顶部部件1a和底部部件1c每个都包括管状部。然而，这些部件还可以设计成没有管状部。

在图1中，晶体和坩埚的中心线被表示为一个线。这是标准的工业表示方法，但是在晶体和坩埚的相对位置的显著的位移也是可以的。然后，在锥形构件（部件30、31和32）的下边缘中的孔的中心也可以被移动离开坩埚的中心线。

图1还示出热绝缘体完全围绕热区延伸，在热区的中心线附近的熔融物上方的孔除外，晶体4通过所述孔被拉出。该开口可以由所述锥形构件以对于晶体4合适的尺寸来实现，其具有与所述晶体的合适松紧的配合，在晶体4和所述锥形构件之间留有间隙。在绝缘体中用于加热器电极和净化气体等的不可避免的孔没有示出。然而，这些孔的数目被保持得尽可能地少，尽可能地小以减少通过这些孔的热损失，但是同时这些孔又足够大以满足必要的电流通路、加热器的机械支撑件以及净化气体排放所需的横截面的需要。也可以包括小的另外的开口，例如用于温度测量或者一些部件的机械操作等。主加热器由11表示，而可选的底部加热器用12表示。所述主加热器可以基于加热元件的阻抗和相关性能被实现为电加热器，以将电能转换成热能。根据本发明的一个实施例，所述加热器元件具有阻抗基本上为纯阻性的元件，并因此形成所获得的热量。根据本发明的另一个实施例，所述加热器具有对于总阻抗具有显著贡献的感应性。根据本发明的一个实施例，多个加热器元件可以被用于获得更多的热功率或弹性，和/或对温度分布进行更精确地调整。

加热功率还可以在热区之外的某些位置产生。根据本发明的一个实施例，底部加热器12可以用于加热充填物和/或熔融物5。根据本发明的一个实施例，表面加热器（未示出）也可以用于熔融表面区域处以加热熔融物和/或生长晶体的下端。

热区的结构化部件通常具有比绝缘部件高得多的热传导性。根据本发明的结构化部件以如下方式（（1）-（3））设计：

（1）它们位于热区绝缘体的内部，即，它们的温度高，接近被生长材料的熔点。

（2）它们位于热区的外部，且它们的温度在上述熔点以下几百摄氏度。

（3）那些在所述绝缘体两侧上延伸的少量的部件（像图1中的坩埚轴13a）构造成使得最终的热损失小。

在上述（3）中的这些部件的横截面面积，与热量需要穿过所述绝缘体从热区内部传送到外部的距离相比而言，是较小的。

还存在热区的其它一些结构化部件，它们需要从热侧延伸到冷侧，但是它们没有在图1的示例中示出。在热侧和冷侧之间的一个边界值得进一步解释。这就是在熔融物上方的热护罩的下端，如图1b的示例中所示。锥形构件的内护罩32和外护罩30由细小的间隙50（优选0.2-2mm）分隔，以便降低从热外护罩30到冷得多的内护罩32的热量流动。另外，在不存在热绝缘体的所述间隙中，接触宽度被保持得小，优选2-8mm。根据一个实施例，内护罩32可以从上方悬垂，以使得所述小间隙在任何位置上保持开放。内护罩32还可以从下方在几个预定的小区域点上支撑在护罩30上。或者，可以将无灰尘的热绝缘体置于护罩30和32之间，在这种情况下，在这些护罩之间的距离也可以比上述大一些，可以从1-20mm，且所述接触宽度也可以比上述的大。根据本发明一个实施例，内护罩32由石墨制成，但是根据另一个实施例，也可以使用其它的耐火材料，例如钼。在一个实施例中，无灰尘的热绝缘体可以根据适用于不同晶体的热区部件设置成可更换的。

图1还示出耐高温材料或其它合适的耐火材料80的轴、杆、线或绳，以及设置成将晶体从熔融物中拉出的拉拔机构81。在本发明的一个实施例中机构81包括设置成旋转晶体的装置。在一个实施例中，所述旋转是光滑的，且不随时间而变化，或者变化非常缓慢。在另一个实施例中，晶体的旋转速率是随时间震荡的。在另一个实施例中，晶体旋转的方向与坩埚旋转的方向相反。在另一个实施例中，所述方向相同。

采用如图1所示的设计的结果表明了在整个工艺循环和其从熔融到硅晶体的最终锥形的工艺步骤中的功耗。与没有特殊强调在热区的下端中的有效的热绝缘且在所述熔融物上方的部件不包含被恰当地绝缘的热护罩的热区设计相比，电功耗降低大于50%，。作为示例，在具有如图1所示的连续绝缘体的情况下，16”热区（16”表示在热区中所使用的硅石坩埚的名义直径，大约400mm）的典型功耗在晶体本体形成过程中为大约70-80kW，而在20-22”热区（坩埚直径大约500-550mm）的典型功耗仅为大约50-55kW。在与较老的类型的16”热区相同级别的绝缘水平下，对于20-22”热区，所预期的热损失将为110-120kW。

如果考虑关于净化气体排放和加热器电极所需的开口的示例，则有效绝缘的效果甚至更为明显。较小的16”热区仅仅具有用于主加热器的两个电极以及用于净化气体的两个排放口。较大的20-22”热区具有用于主加热器的四个电极，和用于附加的底部加热器的两个电极（即共六个电极），以及用于净化气体的四个排放口。每个电极和开口具有与它们相关联的显著的热损失，该热损失可以被最小化，但不可能完全避免。不考虑数量大得多难于避免的开口，比起较小的热区的情况，总热损失将非常显著地降低。绝缘材料21可以由防护构件20来保护和支撑，其具有管状形式，且部件20位于加热器11周围。所述数值为示例，且其显见实施例不仅仅限于所述数值。

根据本发明的一个实施例，其优点的一个好的估算是热区的单位总表面积的热损失。为了保持该判断易于应用，我们按照简单的圆柱形来计算所述表面积，这具有与绝缘材料到热区的中心线的最大间距相同的半径。所述圆柱体的高度是从热区的底部到最高点之间的最大垂直尺寸。我们排出可能的不重要的热延展。新的热区结果是12kW/m²，而老的热区需要大约30kW/m²，所述数值是在晶体本体生长过程中的典型值。

有效的绝缘的另一优点是热区内部的温度分布十分均匀。这延长了结构化耐热部件的寿命，因为它们所经受的最高温度仅仅略高于硅的熔点，且在几乎所有结构化部件中的温差小，降低了热应力。另外，从硅熔融物发出的一氧化硅的腐蚀作用会在暴露的表面上更均匀地发生，并因此它们的属性的改变更缓慢和非局部地。硅石坩埚所经受的最高温度也较低，这延伸坩埚的有用的处理时间，所述有用处理时间指在坩埚磨损到使晶体产率可能降低的风险出现之前的时间。

另外，由于熔融物的温差相应地相对小，所以熔融物流动也会多少较慢些和较为稳定。因而，对附加的磁场的需要被降低，在使用磁场的情况下，场值可以相对较低。因此，所述绝缘可以影响在生长过程中对磁场强度的需要。

图1示出在拉拔已经被进行以产生晶体的上部件的情况中的示例。晶体4包括冠和本体，所述冠表现为肩。尽管如图1所示没有端锥，但是根据一个实施例该晶体可能以后在处理中具有一个端锥。晶体4已经通过使用连接到拉拔机构81的籽晶3进行拉拔，这在图1中没有详细示出，尽管这种机构可能包括设置成拉拔的柔性金属绳80、或杆、或轴，和/或用于根据生长阶段在需要时以预定的速度分布来旋转晶体的机构。晶体4可以具有连接到籽晶3的颈3b，所述籽晶3限定结晶结构和/或待拉拔的晶体的取向。根据称为缓冲技术（Dash technique）的实施例，这种薄的颈通常用于使晶体免于位错。

图1示出坩埚6内部的熔融物5。在一个实施例中，坩埚6可以由硅石制成，但是在另一个实施例中，其它坩埚材料可以用于待熔融的特定的填充物。根据一个实施例，坩埚可以设置可在每次熔炉温度相比于已生长的晶体的熔点降低到接近室温之后更换。坩埚可能具有表面涂层，其包括氮、耐热金属、碳、硅和/或碳化物。根据本发明的一个实施例，坩埚的一部分或整个表面可以被掺入硼化合物或能够增强无定形硅表面的脱玻化（devitrification）的其它合适的化学元素。

在图1中，还示出坩埚6由承受器10包围。尽管所述承受器在图1中被描绘为根据本发明的一个实施例的单件，但是其可以由设置为装在坩埚周围的多个部件制成。所述承受器可以设置成将热量从加热器11和/或12传导及/或分布到所述坩埚的外壁。所述加热器以圆柱对称的方式围绕熔融物，尽管所述加热器的更精细的结构没有在图1中示出。在一个实施例中，一个或多个加热器相对于熔融物和/或晶体的圆柱对称近似是不存在的。

尽管图1示出本发明的一个实施例，其中加热元件11由围绕坩埚的单个元件来实现，但是在另一个实施例中，所述加热元件可以由定位成围绕所述坩埚的多个部件所形成。另外，在一个实施例中，熔融物的加热可以采用加热器来完成，所述加热器的形状设计成形成电线圈型结构。被馈送到加热器中的电流可以具有确定的频率和相位布置，以在熔融物中形成一定的磁场分布。

根据本发明的一个实施例，除了主加热器11之外，底部加热器12可以可选地与主加热器附加地使用。所述底部加热器可以在充填物的熔融过程中使用。根据本发明的一个实施例，所述底部加热器还可以在晶体本体的生长过程中使用。所述使用可以设置成一定的阶段，或者在整个拉拔过程中，依赖于熔融物中和热区内部其他位置处所需的热条件，和/或控制熔融物在所述拉拔过程流动的需要。

图1示出坩埚轴13a以及所述坩埚轴的外绝缘体13b和内绝缘体13c。这些部件设置成支撑坩埚，但也用于抬升坩埚和/或用于在处理过程中维持坩埚的旋转。所述绝缘体根据本发明的一个实施例用于保持热区的下部件中的热量，并用于防止和/或最小化经由轴部件的热量损失。根据本发明的一个实施例，绝缘体材料13c可以被去除，或者其可以实现为中空管。根据一个实施例，中空的坩埚轴还可以用作额外的净化气流入口的通道。根据本发明的另一个实施例，所述通道可以被用于合适的部件中，以引导其它气体，和/或用作电线的通道。

根据图1所示的实施例，热护罩20和绝缘部件21可以用于改善热平衡以保持在坩埚和熔融物内部的热量。图1中的横截面示出包括护罩20的实施例的圆柱几何形状。然而，多种其它形状也是可能的。

根据本发明的一个实施例，护罩20、热绝缘体21、板33和锥形构件由独立的多个件制成，但是绝缘体21、31和33b形成连续的或基本连续的热绝缘。多个其它的实现方式也是可能的，且部件的数量可能大于或小于如图1所示的数量。

锥形构件包括设置为存在于熔融物上方的外部件30。所述锥形构件还包括绝缘体31以将熔融物区域对生长晶体的区域热绝缘，并用于减少从热区内部的热损失。锥形构件还包括内部件32，所述内部件32将净化气流沿着生长晶体向下朝向熔融物引导。部件30的一个功能是防止由绝缘部件31喷出的任何颗粒触及熔融表面，以及保护绝缘部件31免受从熔融物蒸发的腐蚀性气体影响。如图1所示，根据一个实施例，锥形构件具有锥形，所述锥形包括内部件和/或外部件以及其间的绝缘体。而根据本发明的另一个实施例，热绝缘体仅仅部分地填充内部件和外部件之间的空间，在绝缘体和内部件和/或外部件之间留下空区。在另一个实施例中，所述绝缘体由两个或更多个独立的件构成。根据另一个实施例，内锥和/或外锥每个包括两个或多个元件。根据另一个实施例，所述内部件和外部件采用耐高温的结构化材料相互连接，其延伸穿过热绝缘体，但是使得穿过所述结构的热损失很小。穿过所述热绝缘体的连接允许锥形构件可以作为单个元件被处理，但是根据本发明的一个可替代的实施例，这些部件是独立的，所述内护罩和外护罩以及热绝缘体被独立地处理。在另一个实施例中，部件33的外径小于热护罩20的内径，且不存在将绝缘部件33b连接到圆柱形绝缘部件21的另外部件。在一定程度上，锥形构件位于坩埚半径内部，在图1中，其显示为锥。然而，也可以采用多种其他设计。例如，一种替代的形状如图8所示。附图假定旋转对称设计，其从制造的角度经常是有利的，但是甚至明显的偏离旋转对称也是可以的。在本发明的一个实施例中，在锥形构件中仅仅存在三折（120°）对称，而4、5、6或更多折对称也可行。在另一个实施例中，采用多种合适形状的部件，开口的有效直径可以在晶体的生长过程中被改变，所述晶体通过所述开口被拉出，且这些合适形状的部件可以包括热绝缘体，且这些部件以非旋转对称的方式围绕晶体。

根据本发明的一个实施例，热区的下端还包括底部部件40和绝缘体41，其设置成与绝缘部件21形成连续的热绝缘。根据本发明的一个实施例，所述绝缘体包括绝缘体41馈通穿过的开口，其被要求为加热器提供电流，和/或为气流出口提供潜在的馈通。这些开口在图1中未示出。所述腔的下部件包括用于坩埚抬升机构的开口，且在底部绝缘体41中也存在对应的开口。坩埚轴13a可以由热传导性低的材料制成，或热绝缘体13b和/或13c可以用于降低通过轴和绝缘部件41中的对应的开口的热损失。

在本发明的一个实施例中，仅仅采用主加热器，但是根据本发明的另一个实施例，热区包括底部加热器，所述底部加热器设置成与热加热器附加使用。根据一个实施例，所述底部加热器在填充物的熔融过程中和/或在晶体的拉拔过程中被使用。

任何可以在晶体拉拔过程中使用的磁体未在图1中示出。

图2示出一个实施例，其用于说明通过用于净化气体出口的开口的热损失怎样可以被保持得小。图2中的排放管以示意性方式被绘制为垂直圆柱体。然而，管42的内部开口也可以构造成锥形的，或者横截面可以以台阶状或类似的方式变化。所述横截面优选是圆形的，但是其可能具有另一种简单的形状。如果所述横截面偏离圆形形式，则所述开口的有效直径可以被限定成与具有与管42的横截面开口相同面积的圆的直径相同。管42的壁厚优选小于8mm，且如果其不携带任何巨大的机械载荷，则可仅为大约3-5mm。所述管的有效内径优选在最窄点处为小于60mm，绝缘体41为该有效内径的至少1.5倍厚。位于绝缘体41外部的管7可以具有与管42的内径大致相同或更大的内径。

在如图2所示的位置处将净化气体从热区内部排出具有两个优点。因为图2的位置处或该位置附近的厚绝缘体41所造成的附加的空间需求给生长器的硬件，尤其是给真空腔，增加了的成本很小。如果所述出口以基本径向的方式位于热区的上部件中，则难于避免对更大的腔直径的需要，因此成本显著增加。另一个优点是用于将净化气体带到真空泵的真空管现在可以位于所述真空腔的下面，远离操作者工作区域，这简化了生长器的设计和正常的操作。此外，在所述真空腔下面的排放管位置允许简单的构造，和使用围绕真空腔周围的重的电磁体，这些磁体经常与切克劳斯基型的硅生长结合使用。

由于净化气体通过管42中的开口从热区内部吸取，因此在热区内部的压力总是略低于主真空腔内部其它位置上的压力。这就是为什么除了穿过所设计的路径，很少有一氧化硅能够通到所述热区的外部，且所述热区的外表面以及所述真空腔的内表面维持十分清洁，从而工作时间的周期被延长。这具有多个优点。由于真空腔不需要在每次运转之间从内部清洁，所以操作人员的工作负担被极大地减轻。每10或20次运转的间隔进行清洁即可，甚至对于那些脏地最快的表面也是如此。第二，绝缘体的寿命很长，这是由于所述绝缘体对于一氧化硅的腐蚀作用的耐受力比大多数固体材料（如石墨）大得多。我们已经阐述，在如图1-2所示的设计中，所有绝缘材料在基本上连续操作的情况下可以使用至少一年。

另外，光学仪器，例如直径测量照相机或温度测量高温计，不会经受由观察点上的灰尘所造成的变化。所有这些对于生产率具有重大影响，对于工艺产率具有一定的影响。所述设计还在高掺杂归晶体的生长（其中Sb、As或P用作掺杂剂）具有优势，但是这不仅仅限于所述掺杂剂。这些掺杂剂的蒸发，经常是以氧化物形式蒸发，类似地造成在所述表面上的灰尘和颗粒，通过使用根据本发明的实施例的针对热区的设计这种趋势被极大地减小。

图3以示意性的方式示出净化气体II的侧流IIb已经被允许穿过所述绝缘体，从熔融物水平的上方的主真空腔流向净化气体排放口，以使得该侧流IIb从不接近所述熔融物。穿过绝缘体33b的路径34被形成为相对长和窄的通道，以避免穿过所述通道的过多的热量损失。通过部分阻挡通道来调整流的装置可以在本发明的一个实施例中构造。根据本发明的一个实施例，热区结构包括具有开口的盖子33，但是在另一个实施例中，多个开口设置成允许流II被以可控方式分成两个子流。根据一个实施例，盘33a可以具有设置成可转动的两个盘的共轴堆叠结构，其具有与通道34的位置相匹配的开口，以使得堆叠部件的转动和旋转改变开口的面积，并因此改变所述流。根据本发明的一个实施例，路径34是短通道。根据另一个实施例，通道34包括粒状的、多孔的、纤维的或其它类似结构，这些结构由热绝缘材料制成，其允许流体通过。根据本发明的一个实施例，所述材料是石墨毡状制品。

对于该侧流IIb存在多个原因。由于由部件30、31和32构成的锥形或管状热护罩使净化气流IIa通到十分接近所述熔融物的位置，所述净化气体IIa将挥发性的一氧化硅从熔融物中相当有效地净化出去。经常需要制造具有较高氧浓度的硅晶体材料，以致这种对含氧气体的有效的净化清除将自然地产生。可以通过降低熔融物上方的净化气体IIa的速度和/或质量流来增加晶体中的氧水平。然而，如果总气流II在太大程度上被减小，则一些一氧化硅会通往错误的上游方向，在那里其一部分反应以形成一氧化碳，而一部分凝结成颗粒。一氧化碳和颗粒对于生长都是有害的，且这是为什么总氩气气流II必须足够高以保持污染物水平低且产率高的原因。所述侧流帮助将总气流增加到一定的水平，以使得所述流合理地小以保持相关联的成本低，但是同时，其足够高以保持不期望的污染物水平低。

对于该侧流IIb的第二个原因是晶体中的氧水平趋于朝向晶体端部降低。这是净化气流需要随着坩埚中的被熔融的量变小而下降的原因。由于在生长过程中熔融物水平面相对于几乎所有的热区部件大致恒定，所以坩埚在生长过程中被抬升很大的量。这部分净化气体IIa在晶体周围和熔融物的上方流动，然后经过在坩埚6和热护罩30之间的相当窄的空间中的较长路径。流II因此以自然的方式重新分布，以使得整个流的较小部分在熔融物上方流过，蒸发掉氧，而整个流的大部分通过侧通道34，由于坩埚被抬升得更高，它们不会帮助氧的蒸发。

对于侧流IIb的第三个动机是与来自熔融物水平面上方的外部热区部件和来自主真空腔的内壁有关的污染。即使是有效的绝缘，也存在对于外热区表面的一定的热损失，其之后处于比水冷真空腔壁的温度高得多的温度下。这导致在热区上方的空间中的自然对流63。所述自然对流主要沿着如图3所示的方向旋转，且其趋于将污染物带到净化气流II，后者方向主要向下。在没有侧流IIb的情况下，由热对流63所携带的所述污染物的主要部分将被净化气流IIa向下朝向熔融表面抽取。侧流IIb用作保护气，并有效地将热对流流63与流IIa的部分隔离，这清洁了熔融物。由自然对流63所携带的污染物之后被直接携带到排放口，而与硅熔融物不接触。根据本发明的一个实施例，侧流被独立地馈送到腔中，尽管图3示出它们通过所述同一开口馈送。这可以被用于最小化从一个通道到另一个通道的任何种类的可能的交叉污染的可能性。根据本发明的一个实施例，特定的流引导件可以用于更好地彼此区分流IIa和IIb。根据本发明一个实施例，所述引导件是可安装在锥形构件上或盖子33上的锥形或管状结构。根据本发明的另一个实施例，引导件可以连接到真空腔，而不与所述热区进行机械接触。根据本发明的一个实施例，所述引导件可以在所述引导件内部设置有冷却流体循环，因此用作冷却元件以提高所述晶体的冷却速度，而且用作对流63中的潜在污染物的俘获器。

在一个实施例中，所述流具有引导到熔炉中的分量，但是设置成提供不通往热区的流。这种流可以用于保护真空腔壁、窗和热区的热绝缘体外部的其它表面免受源自所述熔融物的物质的影响。

根据一个实施例，图4将附加的管22（未在图1中示出）示出为在加热器周围的防护构件，所述加热器具有用于保护加热器11和承受器10免受与腐蚀性一氧化硅接触的目的。根据本发明的一个实施例，气流被带到热区的外周附近并在加热器上方，包含在流III内的一氧化硅与加热器或坩埚10的外边缘不接触或几乎不接触。同时，热区的所有下部件被保护。为了保护坩埚，需要坩埚和气体导管22之间的空间，从颈到尾的末端，在整个生长过程期间被保持窄，也就是，即使所述坩埚的上边缘也被提升到主加热器11的上方也是如此。图4示出一种可能的设计，但是多种其它的设计也是可以的。

图5示出，在多晶硅充填物8的熔融过程中，坩埚必须处于相对于锥形构件比在生长过程中低得多的位置。图5中的充填物以示意性的方式示出，因此在坩埚边缘上方的堆不一定是合适的比例。而在熔融位置中，所述加热器的上端直接可见于硅填充物。如果所有气流被在所述阶段被引导到加热器上，则存在大量的来自加热器和/或来自加热器上方的其它表面的碳污染物，其能够与已经被加热的硅填充物的外边缘反应。为了将污染物从所述硅填充物净化除去，需要另外的表示为IIIb的气流。

在图5中，采用穿过保护管22的附加的孔或开口23形成所述流。用于该流的到达排放口的其它可能的路径当然也可以被容易地设计。流IIb在图5中的第二合并区域处合并入排放气体中。所述流IIa和IIb在图5中的第一合并区域处合并。

所述流IIIb将增加加热器的一些磨损，但是所述流仅仅是熔融物上方总净化流的一小部分，且所述磨损将缓慢。优选的但是略微复杂的途径是当填充物几乎或全部熔融时改变流动模式，且坩锅位置相对于锥形构件足够高，从而不再需要流IIIb的附加保护。实现其的一种方法是一条穿过热区的热绝缘体的用于流IIIb的独立路径以及一个附加的真空阀，所述真空阀可以用于切断或非常显著地减少流IIIb。之后，所述流IIIb将在生长过程的早期过程中开始，即，在充填物的熔融过程中最重要的时期，且在大多数处理时间里，流将截止或剧烈减少。所述周期在熔融步骤过程中含氧的气体的产生是重要的，由于该周期仅仅是加热器功率持续的总时间的较短的一部分，所以由流IIIb中的一氧化硅所造成的磨损相应地很小。

通过采用图5的设计进行生长的几乎所有晶体在熔融物的凝固部分g为g>0.9所在的本体端部，具有低于0.5ppma（典型值小于0.2ppma）的含碳量。

根据一个实施例，图6示意性地示出一些热区部件如何在主真空腔1开放的同时与所述真空腔的上部件1a一起自动抬升。所述腔在生产批次之间必须被打开，用过的硅石坩埚的剩余部分需要与残余的硅石一起被去除并清洁石墨环境。本发明的实施例节省操作人员的劳力，尤其是在大热区情况下，这是由于不需要手动抬升或特定的工具来露出待清洁的区段。另外，本发明允许热区的设计弹性更大，因为在安全的方式下处理部件，重量和尺寸不被操作者的能力所限制。所述抬升可以以清洁的方式进行，而不会引入颗粒或其它污染物。另一个优点是所述部件可以在更高的温度下被抬升，且在两个连续的生长之间的中间时间缩短。进行抬升，以使得部件1a和1b被分离。所述设计已经被应用于根据本发明的实施例的具有20”-22”热区的熔炉并获得成功，但是同样不受限与此。图6示出本发明的一个实施例，其中，锥形构件和板33可以作为单个元件被抬升，但是不限于此。锥形构件用图6中70b表示的线来抬升，并通过连接构件70a连接到腔的上部件1a。连接部件70b还可以是可去除的，以允许例如将上热区部件转移到推车或熔炉外部的其它的合适的支撑结构。尽管采用线来实现，但是所述抬升可以采用杆来完成，或者通过本领域技术人员从本发明的实施例能够获知的多种其它方式来设置。

在本发明一个实施例中，独立的抬升机构72连接到部件70a。所述抬升机构72可以被例如从真空腔外部以电学方式或机械方式提供动力。即使真空腔被关闭，机构72允许热区的上部件的抬升。在本发明的一个实施例中，由部分开放的热区所造成的附加的热损失用于改变在填充物的熔融过程中热区内的温度分布。在本发明的另一个实施例中，由部分开放的热区所造成的附加的热损失用于在晶体的生长完成之后增强熔炉的冷却，从而增加生产率。

图7以更详细的方式示出热区部件可以如何被抬升。根据一个实施例，抬升装置71实际上可以是设置成将上部件1a与1b（见图1对于部件的编号方式）分离的任何装置，其以可重复的方式从一次晶体生长运转到另一次运转。尽管如图7所示的部件仅仅包括1a和1b，而底件1c没有在图7中示出。但是在一实施例中，底部元件1c和中间元件1b是相同的元件，且在另一个实施例中，上部件1a和中间部件1b形成单个元件。

在图7中，标号1°、2°和3°示出根据本发明的一个实施例的上部件的抬升，以使得在1°中，所述部件被一起抬升，在2°中，部件1a升起（由箭头所示）和/或被抬升，在3°中所述顶部部件可以被从腔部件1b挪到侧部（沿着由箭头所示的运动方向），将热区的下部件暴露。然而，步骤3°是可选的，且在本发明的一个实施例中，步骤3°被省略。还可以存在让热区部件的操作更容易所需要的腔的顶部部件的一些附加的运动，例如在步骤3°之后或者在步骤2°之后降低部件1a。

图8以示意性的方式示出结构，该结构允许不同种的待生长的晶体的热区部件迅速变化。因此，影响气流以及由晶体所见的热环境的部件可以根据待生长的晶体种类而变化。比起不需要部件变化的连续的生长之间所需的正常时间，所述变化可以在多出的附加时间不足30分钟的情况下实现。

在内护罩32b的下部件以及位于下方的绝缘体31b已经被首先抬升之后，在熔融物上方的外热护罩在一直径处被中断，使得在外护罩30b的内部件可以被抬升穿过内热护罩32a。

如图8所示的构造是所述设计的仅仅一个可能的示例，且因此，没有脱离本发明的实施例的范围，本领域普通技术人员能够从所示出的示例中得出多种不同的修改方案。例如，在图8中的内部件30b已经被示出为板。然而，所示出的部件的设计还可以在形状上包括锥形部件或包括在设计上更复杂的结构。绝缘体31b可以被从类似石墨毡状制品的柔软材料制得，以使得其外径还可以比内护罩的上部件中的开口略大。所述绝缘体31b或护罩30b还可以由多个独立的元件构成。另外，护罩32b的悬置物可以以不同的方式构造，如之前所述。

经验已经表明本发明的实施例导致热区部件的良好和方便的适应性，以例如将晶体直径从一个处理改变到另一个处理，因此改善功耗、晶体形状、气流特性和/或晶体质量。这些结果也得到对功耗、温度分布和气流进行的模拟的支持。

部件32b和/或32a可以由基于碳或其它耐热的结构化材料支撑，或者它们可以是反射性的，设置成将热量从晶体至少部分地向上反射。根据本发明的一个实施例，所示的部件可以具有子部件的子结构，以使得，例如，绝缘构件31b可以由两半构成。根据一个实施例，部件32或部件32a和/或部件32b的热传递和/或冷却被采用在所述部件内部循环的合适的流体来增强，因此通过辐射增加晶体的净冷却。根据一个实施例，流体循环可以以类似于热管的方式到达部件的内部。根据另一个实施例，流体循环连接到外部冷却系统。根据本发明的一个实施例，所冷却的部件可以与如图1所示的经过冷却的部件32分离，或者与如图8所示的部件32a和32b分离，从而所述气流由所述部件引导，且主要采用未在附图中示出的部件实现冷却的增强。根据本发明的一个实施例，这种附加的部件可以位于部件32a和/或32b的上方和/或至少部分地被它们围绕。

图9示出如何为晶体生长运转选择合适的部件的示例。在开始时，合适的热区部件（30b、31b和32b）被选择以对应于晶体的几何形状，尤其是待拉拔的晶体的直径52，和/或根据其它的考虑。所述设定的内开口的直径51与晶体直径52相匹配（图8）。

根据本发明的一个实施例，用于采用切克劳斯基型方法制造单晶的熔炉包括：

坩埚，用于保持熔融物，

加热器，用于将坩埚加热以熔融在所述坩埚中的材料，用于制作熔融物，

拉拔机构，设置成将晶体从所述坩埚中的熔融物拉出，

晶体生长熔炉的真空腔，其容纳热区，

用于抬升拉拔腔的上部件以打开所述腔的机构，以及

热区结构，由热传导和绝缘材料构成。

根据本发明的一个实施例，所述生长腔在拉晶时的压力降低。根据本发明的一个实施例，所述压力与室中的周围压力基本相同。根据本发明的一个实施例，所述压力大致与在工业条件下可实际获得的压力一样低。根据本发明的一个实施例，负压仅在上述两个极端之间。根据一个实施例，在所述腔中存在的气体具有预定的组分以限定拉晶的气体环境。然而，在一个实施例中，源自熔融物的成分加入到所述气体环境中。

根据本发明的一个实施例中，所述生长器包括支撑单元，所述支撑单元提供所需的净化气体以及用于调整热区的气体环境的气体。根据本发明的一个实施例，这种净化装置可以用包括Ar和/或He或其它合适的气体的作用物来净化生长器。

根据本发明的一个实施例的坩埚可以具有20”以下的直径。根据本发明的一个实施例，硅石坩埚直径处于大约20-32”区域中的直径。根据本发明的一个实施例，所述坩埚甚至可以更大，但优选在48”以下。

根据本发明的一个实施例的设备是设置成制造包括半导体材料的晶体的设备。根据本发明的一个实施例，所述半导体材料是硅、锗或其它半导体材料或其混合物，且还可以可选地或附加地包含多种掺杂剂，例如硼、磷、锑、砷或铝。除硅或锗之外的其它IV族物质也可以使用，可选用含量从不足1ppma至百分之几。

根据本发明的一个实施例的晶体已经由根据本发明的一个实施例的方法制造。根据本发明的一个实施例，所述晶体是半导体晶体。根据本发明的一个实施例，所述晶体包括硅和/或锗。根据本发明的一个实施例，所述晶体包括III族元素中的至少一种元素作为掺杂剂。根据本发明的一个实施例，所述晶体包括V族元素中的至少一种元素作为掺杂剂。根据本发明的一个实施例，所述晶体包括精确地或基本上精确地蓝宝石结构。根据本发明的一个实施例，所述晶体包括闪锌矿的结构。根据本发明的一个实施例，所述晶体包括金刚石结构。根据本发明的一个实施例，所述晶体还包括除去硅和/或锗之外的IV族的其它元素。

根据本发明的一个实施例，氩气气流在生长过程中被使用。根据一个实施例，所述氩气气流被限定为气体质量流平均值不足50slpm，但是根据另一个实施例，在20”-22”热区中气体质量流的平均值小于35slpm。根据本发明的另一个实施例，所述质量流平均值小于25slpm。所述数值是具有100kg填充物的熔炉的示例，且所述数值可以在晶体本体形成过程中改变。所述数值近似与热区的尺寸成比例。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括将熔融物暴露给所设置的磁场，以使得所述磁场在熔融物和待拉拔的晶体之间的界面区域处具有第一数值，并在熔融物之外的某些位置处具有第二数值。所述磁场可以加速在坩埚中的熔融物的运动，而且如果需要，可以通过合适地选择磁场来进行减速。所述熔融物的垂直运动也可以通过合适地选择磁场来控制。所需要的磁场强度可以在一定的实施例中通过热区的热绝缘而被显著减小，于是提供更温和的和/或可控制的熔融物的流。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括将熔融物暴露给磁场，所述磁场的强度分布为位置的函数。根据本发明的一个实施例，所述方法包括将熔融物暴露给所设置的磁场，以使得所述第一数值小于20mT，且在熔融物中的其它位置处的第二数值小于50mT。根据本发明的一个实施例，所述方法包括将熔融物暴露给磁场，以使得所述磁场相对于坩埚旋转轴基本是对称的。根据本发明的一个实施例，所述方法包括通过磁场旋转所述熔融物。根据本发明的一个实施例，所述方法包括将熔融物暴露给磁场，所述磁场显著地偏离圆柱对称。根据本发明的另一个实施例，所述磁场具有显著的时间依赖性。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括一个磁体或多个磁体，所述磁体设置成在熔融物区域中产生幅度小于50mT的磁场，和在晶体和熔融物之间的界面处产生小于20mT的磁场，以进一步设置成用于至少在生长过程的一部分期间使用。在一个实施例中，所述磁体设置成提供熔融物流以降低在熔融物中的温度波动。

适合于切克劳斯基型从熔融物拉晶的方法的热区布置，根据本发明的一个实施例，包括根据本发明的一个实施例的流布置。根据本发明的一个实施例，所述热区布置包括设置成以基本连续的方式对热区进行热绝缘的绝缘体。根据本发明的一个实施例，所述承受器的外表面被保护以免受来自熔融物的蒸气的影响。根据本发明的一个实施例，所述加热器表面被保护以免受熔融物蒸气的影响。根据本发明的一个实施例，热区布置包括用于提供预热保护气流的装置，以净化之前所述的表面用于保护其免受源自熔融物的蒸气影响。根据本发明的一个实施例，热区布置被设计用于降低操作人员的劳力。

根据本发明的一个实施例的用于采用切克劳斯基型方法制造单晶的热区布置包括：

在加热器和/或坩埚周围的基本连续的热绝缘体，

在绝缘体中用于熔融物表面上方的晶体、用于加热器电极和用于支撑坩埚的轴的开口，

用于排放线路和净化气体线路的孔。

熔融物可以包括半导体材料，像硅、锗或其它半导体材料或它们的混合物。所述熔融物采用加热器从实体填充物获得，所述加热器可以是主加热器，但另外也可以除主加热器之外附加地使用底部加热器，所述底部加热器在所述半导体材料的熔融的一部分期间而且在拉晶期间使用。

将为拉晶而熔融的材料可以包括至少一种III族或V族元素的掺杂剂。可以使用的掺杂剂例如为下列至少一种：硼、磷、锑、砷和铝。另外，IV族元素也可以被包括在内。

加热可以以本领域普通技术人员可从本发明的实施例预见到的多种方式进行。所述加热器可以包括至少一个加热元件、主加热器，但是在一个实施例中，可能存在多个加热器。所述主加热器在一个实施例中可以几乎是纯电阻加热器，但是在另一个实施例中，至少一个加热器元件包括显著的感应分量，其由高频交流电流或电压所驱动。

除了主加热器之外，还可以存在设置成从底部加热坩埚和热区的底部加热器。根据本发明的一个实施例中，加热器具有电阻性元件，所述电阻性元件可以由直流电（DC）供电。根据一个实施例，所述元件被交流电（AC）供电，以利用所述加热元件的感应属性。根据一个实施例，熔融表面采用附加的加热器加热，以便保持其更为均匀的温度，和/或精确的调节在熔融物和晶体的界面区域处的温度。

根据本发明的一个实施例，熔炉所包括的绝缘体具有从热区内部到拉拔装置表面的水冷表面的能量损失，所述能量损失在所述热区表面积上平均低于20kW/m²。这种绝缘可以通常具有15kW/m²以下能量损失，优选在12kW/m²以下，但是甚至更优选小于10kW/m²。根据本发明的一个实施例的熔炉包括石墨制品，用作在热区中的主热绝缘材料。所述绝缘体在合适的部件中可以是软的和/或硬的。所述绝缘体可以包括一次性使用的部件，仅仅但优选地，部件可以被用于拉拔多个晶体或多个批次。在一个实施例中，气凝胶或类似的高度多孔结构用于热区绝缘体中。

根据本发明的一个实施例，熔融物部分地由热绝缘构件所覆盖。根据本发明的一个实施例，覆盖构件是板或近似锥形表面或它们的组合。根据本发明的一个实施例，所述覆盖构件包括多个部件，所述多个部件设置成使得所覆盖的表面面积是可调整的，甚至在晶体生长过程中。根据本发明的一个实施例，熔融物在晶体拉拔期间由表面加热器加热。根据本发明的一个实施例，所述覆盖构件包括加热器。

对于拉晶重要的是，在合适的区域中的熔炉中的净化气流流量不太大，但是足够有效以在拉晶期间在近真空的条件中的熔炉内部保持和/或提供合适的气体组分。根据本发明的一个实施例，所述流可以由用于熔炉的流布置所实现，所述熔炉用于采用切克劳斯基型方法制造单晶。这种熔炉可以包括：

（i）晶体生长熔炉的拉拔腔，其容纳热区，所述热区可以包括：（i1）坩埚，用于保持被熔融的半导体材料，和（i2）加热器，用于将坩埚加热到一定温度，以将半导体材料在所述坩埚中熔融，

（ii）拉拔机构，所述拉拔机构位于坩埚上方以将所述半导体晶体从所述坩埚拉出。

另外，这种流布置还包括：

到所述拉拔腔的上部件的一个或更多惰性气体入口，

离开所述拉拔腔的底部的一个或更多气体出口，

惰性气流路径，其包括：

从上方到热区的惰性气流通道，

在进入热区时惰性气流通道被分成至少第一路径和第二路径。

根据本发明的一个实施例的切克劳斯基型方法包括将惰性气流从拉拔腔的顶部通过两条不同的路径引导到热区中：所述两条不同的路径为第一路径和第二路径，其中所述第一路径沿着被拉拔的晶体表面朝向熔融物引导且所述第二路径避免熔融物区域。

根据本发明的一个实施例，所述流布置包括所述第一路径，所述第一路径设置为由管状或锥形部件所限定的晶体周围的通道，且因此设置成使得所述流设置成通到熔融表面区域。根据本发明的一个实施例，所述流布置包括第二路径，所述第二路径设置为穿过至少一个或多个节流孔的通道，所述节流孔穿过用于支撑位于熔融物上方的管状或锥形构件的热区的顶盖，但所述通道设置成使得所述流不通到熔融表面附近，或者坩埚内部的熔融表面上方的空间。

根据本发明的一个实施例，净化气流设置成使得所述第一气流的一部分和所有第二气流之后被允许混合和引导到位于比主加热器更大的半径处的两个管状部件之间的通道的顶部中，位于加热器和承受器所在空间的外部，同时所述第一流的一部分清洁所述承受器和加热器，穿过在通道的下端中的内部部件中的至少一个节流孔到达相同的通道。

根据本发明的一个实施例，生长方法将硅晶体的含碳量在晶体的本体端部维持在基本0.5ppma以下，优选0.2ppma以下，更优选在0.1ppma以下。

根据一个实施例，设置成采用切克劳斯基型方法制造半导体单晶的设备包括流布置。根据本发明的一个实施例，待拉拔的晶体可以包括直径在150和220mm之间的硅晶体的本体。根据本发明的一个实施例，所述设备包括用于将晶体中的氧浓度维持在15+/-1ppma的装置，如根据ASTM F121-83标准所测量的。根据本发明的一个实施例，所述氧浓度在晶体中在+/-1ppma的窗口内低于15ppma，如沿着晶体长度（对于至少90%的本体长度）在晶体的中心线处或中心线附近所测量。

根据本发明的一个实施例的设备包括装置，用于对氧浓度为15ppma的晶体，监测和/或输入在小于80slpm的硅晶体的本体范围内的平均氩气质量流，但是根据本发明的另一个的实施例，所述数值小于60slpm，且在另一个实施例中小于40slpm。氩气气流不限于如示例所示的氧浓度数值。根据本发明的一个实施例，所示的气流在晶体本体长度的前30%范围内限定的平均值。

用于根据本发明的一个实施例的切克劳斯基型方法拉晶的流布置包括在由管状或锥形部件所限定的晶体周围的通道，所述通道对熔融表面区域开口，且所述流布置包括第二通道，所述第二通道通过一个或多个节流孔，所述节流孔穿过用于支撑位于所述熔融物上方的管状或锥形部件的热区的顶盖，所述第二路径的通道避免所述熔融表面或所述熔融表面上方的开放空间。根据本发明的一个实施例，所述流布置包括用于流过所述第一和第二路径的气体路径，且所述流被引导到在加热器和坩埚所在空间的外部，在位于更大半径处的两个管状部件之间的出口通道的顶部中，其中所述流被允许混合。为了考虑迅速的装配和/或可以由生长器所制造的不同类型的晶体，所述流布置可以包括所使用的至少两组适应部件，所述选择基于例如待生长的晶体的直径来实现，以使得第一组是针对第一直径，且第二组是针对第二直径。然而，可以基于多种其它方式来选择适应部件的组，例如通过晶体方向、电阻率、掺杂剂等。所述流布置可以根据本发明的一个实施例被设计，以使得用于晶体的开口的内径在生长晶体的直径的1.1至1.8倍范围内，更优选大约在晶体直径的1.2至1.6倍的范围内，所述开口的内径由用于适应的部件所限定。

根据本发明的一个实施例，所述流布置部件，尤其是锥形上部件和/或板状底部部件，可以由石墨制成。绝缘部件可以由软或硬的石墨毡状制品制成。合适的石墨部件可以至少部分地涂覆Si、密集的SiC和/或金刚石薄膜和/或热解石墨。

根据本发明的一个实施例，热区的顶部部件包括设置成更容易使热区部件与生长器上部件一起处理的装置。所述热区部件可以具有处理工具的界面，以抬升热区部件的一个单独的部件或子组。所述结构可以包括快速锁合装置，其设置成锁合和/或释放某些部件，所述某些部件将从未抬升的位置抬升，且所述结构还可以包括设置成引导待抬升的部件的引导结构。

本发明的实施例在像抬升和/或以其它方式处理或更换热区部件的情况下，通过操作人员来进行生长器/熔炉的操作。这种构造允许热区的上部件的抬升，并且也允许操作人员更容易接近坩埚和热区的其它部件。所述结构在清洁热区和移除所使用过的硅石坩埚和从所述坩埚除去剩余的半导体材料时具有优势，这增加了生产率。因此，在为新的运转准备熔炉的过程中可以节省时间，因此增加了生产率。所述坩埚可以在生长器内部时被充填，但是根据本发明的一个实施例，所述坩埚可以在所述腔外部被充填。根据一个实施例，所述充填物被装入坩埚中，所述坩埚与所述充填物和承受器一起抬升到生长器中。

使得熔炉的部件可适应于各种晶体尺寸并易于更换，这与没有其它适应性，采用单一的热区设计来使具有不同直径的晶体进行生长的情况相比，给出了成本、质量、产率或生产率的益处。

根据本发明的一个实施例的流布置，其用于包括用于从熔融物的切克劳斯基型晶体生长的坩埚的熔炉，所述流布置包括用于在熔炉的流入口处的气流的至少一个入口流通道，以及在熔炉的气体出口处的至少一个出口流通道，且在热区之间具有流引导布置，所述流引导布置在晶体生长过程中，设置成将所述至少一个入口流分成第一部分流和第二部分流，以使得所述第一部分流被沿着引导表面引导，以在离开热区之前进入熔融区域，而所述第二部分流设置成在离开热区之前避免进入坩埚中的所述熔融物上方的空间。

根据本发明的一个实施例的流布置包括引导表面，所述引导表面包括属于下列部件的至少一个的表面的至少一部分：籽晶的支撑件、籽晶、晶体、晶体部分、第一盘构件、第二盘构件、附加的净化管和管状和/或锥形构件。根据本发明的一个实施例的流布置包括所述第一部分流，所述第一部分流包括装置用于引导所述流进入面对熔融物所源自的充填物的空间，而所述第二部分流设置成避免所述的面对所述填充物的空间。根据本发明的一个实施例的流布置包括所设置的布置的所述流中的至少一个，以禁止蒸发物质从熔融物中转移到其它熔炉部件。

根据本发明的一个实施例，所述第一和第二部分流设置成在离开热区和/或熔炉之前合并，但是根据另一个实施例它们也可以彼此独立地离开热区和/或熔炉。根据另一个实施例，所述流布置设置成可与这种蒸发材料一起工作，所述材料包括下列材料中的至少一种：Si、P、Sb、As、Ge、硅氧化物、磷氧化物、锑氧化物、砷氧化物和锗氧化物。根据本发明的一个实施例的流布置设置成与这种气体一起操作，所述气体在所述入口流通道处包括以下气体中的至少一种：惰性气体、氩气、氦气、氮气和氢气。

根据本发明的一个实施例，管状和/或锥形构件可以包括形式上不同于圆柱形和/或盘状部件的部件。根据本发明的一个实施例，所述形式包括朝向生长晶体的部件，所述部件可以将热量反射离开冷却晶体。

根据本发明的一个实施例的流布置包括能够共轴地和基本共轴地围绕待生长的晶体的轴线而安装的管状和/或锥形构件。根据本发明的一个实施例的流布置包括在所述管状和/或锥形构件中的热绝缘体，所述热绝缘体设置成将在引导表面的第一部分处的所述第一部分流的进入部分隔离，以防止所述进入部分与所述第一部分流的第二部分在引导表面的第二部分处热相互作用，其中所述第一部分流的所述进入部分正进入熔融表面，且所述第一部分流的第二部分正离开熔融表面。根据本发明的一个实施例的流布置包括所述热绝缘体，其设置成将所生长的晶体的冷却部分和在所述熔融物上方的坩埚中的空间的热区区域的至少一个部件进行相互热绝缘。

根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得管状和/或锥形构件具有设置成反射来自熔融物的热辐射的第一反射表面和/或设置成反射来自晶体的热辐射的第二反射表面。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述第一反射表面与所述第二反射表面热绝缘。根据本发明的一个实施例，至少一个反射表面设置成作为流引导部件而操作。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述管状和/或锥形构件设置成将所述第一部分流的次级部分的温度保持在熔融表面的温度附近。

根据本发明的一个实施例的流布置包括位于所述管状和/或锥形构件中的第一和第二表面，所述第一和第二表面由位于熔融物附近区域的间隙相互隔离。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述管状和/或锥形构件包括第一和第二表面，所述第一和第二表面由位于熔融物附近区域的间隙相互隔离。根据本发明的一个实施例，所述间隙是用于将管状和/或锥形构件的表面分成所述第一和第二反射表面的反射表面的间隙。根据本发明的一个实施例，当需要在所述间隙上的支撑时，所述间隙上的隔离借助具有最小的接触区域的精确的支撑桥而部分地实现，因此尽可能避免在该接触区域上传导热量。根据本发明的一个实施例的流布置包括这种管状和/或锥形构件，所述管状和/或锥形构件设置有用于待生长的晶体的开口，这种管状和/或锥形构件还包括下列构件中的至少一个：第一盘构件和第二盘构件，其中所述部件设置成限定朝向熔融区域的气流路径。

根据本发明的一个实施例的流布置包括流布置中的流引导，其还包括至少一个管状防护构件作为可至少部分地围绕晶体轴线或其延长线安装的壁，以使得所述至少一个管状防护构件设置成至少部分地形成通道壁，用于保护下列部件中的至少一个：加热元件、所述坩埚、坩埚壁部件、承受器、晶体以及管状和/或锥形构件，以使其避免受到源自所述第一部分流和/或熔融物的蒸气的影响。

根据本发明的一个实施例的流布置，对于第一部分流和/或第二部分流，包括在熔炉的气体出口处延伸到出口流通道的区域，以在所述的区域中将所述第一部分流和所述第二部分流合并。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得气体出口设置成通向收集器系统，所述收集器系统设置成收集源于所述第一流的蒸气的材料。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得流布置中的收集器系统是废物管理系统或其一部分。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得在流布置中的所述收集器系统是精炼系统或其一部分，其设置成节约所收集到的材料。

根据本发明的一个实施例的流布置包括附加的流通道，所述流通道延伸到设置成将氧气或空气供给到出口或排放管线的熔炉的气体出口，以钝化处理排放的气体和/或源自熔融物的灰尘的组分。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述流布置材料容忍被钝化处理的蒸气和/或灰尘，其包括以下成分中的至少一种：Si、P、Sb、As、Ge、硅氧化物、磷氧化物、锑氧化物、砷氧化物和锗氧化物。

根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述流引导布置设置成设定从熔融物温度中的熔融物到晶体温度中的晶体的预定的热通量。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述流引导布置设置成提供经由所述流引导布置中的至少一部分绝缘体的最小热通量。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成流引导布置设置成引导流以禁止在所述第一部分流的第二部分中的蒸气在出口前相变。根据本发明的一个实施例的流布置被设置以使得合并区域的位置可由阀装置来调整，所述阀装置包括可操作用于所述合并区域位置调整的至少一个阀。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述合并区域位置能够根据晶体生长的阶段来调整。

根据本发明的一个实施例的流布置被设置成合并区域被设置成在晶体生长的第一阶段中的第一区域以及在晶体生长的第二阶段中的第二区域。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得，在晶体生长的第一和第二阶段之间，所述第一区域和所述第二区域都设置成能够至少部分地作为合并区域而操作。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得第一和第二区域被同时用作对第一部分流和/或第二部分流的进入部分的合并区域。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得合并区域可经由特定的流通道调整为生长器的生长器腔外部的区域。

根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得合并区域包括部件，该部件设置成凝固和/或容纳由源自进入到所述区域的流所携带的熔融物的蒸气所形成的材料。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述流布置包括用于引导源自所述第一部分流的第三部分流到达合并区域的装置，所述第三部分流是包括至少一个流的多个附加流的一个流。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成设定所述第一部分流和所述第二部分流的总和和/或比率在拉晶和/或拉晶中的工艺步骤过程中保持恒定。

根据本发明的一个实施例的流布置包括装置用于设定第一部分流与所述第二部分流的流量比率在晶体的本体生长过程中朝向晶体本体的端部减小。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述比率具有在坩埚中的第一材料量的第一数值和在坩埚中的第二材料量的第二数值，其中所述材料包括充填物和/或熔融物。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得当坩埚中的材料设置成作为激励从第一量改变成第二量。所述比率的所述第一数值设置成响应于所述激励改变成第二数值。

根据本发明的一个实施例的流布置包括以下部件中的至少一个：坩埚、承受器、防护构件、合并区域、充填物、具有根据生长阶段的水平的熔融物表面、被拉出的晶体的晶体表面部分以及管状和/或锥形构件，以限定在晶体生长或其一个阶段过程中的熔炉中的特定流的流几何形状。根据本发明的一个实施例的流布置，所述特定的流是以下流中的至少一种：第一部分流、第二部分流、合并的流、任何所述流的一部分。

根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述流布置包括可操作用于调整第一部分流和/或第二部分流的气体组分的组成的流控制装置，以根据拉晶的阶段预先确定组分的组成。在根据本发明的一个实施例的流布置中，至少一个气流被引导到至少第一部分和第二部分之间的通道中，所述第一和/或第二部分具有圆柱形、基本圆柱形、严格圆柱形、锥形、基本锥形、平面形状和/或近似平面形状的几何形状。在根据本发明的一个实施例的流布置中，所述至少两个部分可从下列物体的整合中选出以形成用于设定流的几何形状的组：坩埚、承受器、第一防护构件、第二防护构件、第一盘、第二盘、管状和/或锥形构件、熔融表面、充填物表面、晶体表面、所述物体的子结构部件。

根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得至少两个物体限定第一路径，所述第一路径被限定为由晶体表面和防护构件或者管状和/或锥形构件所限定的晶体周围的通道，所述通道对由熔融表面和第一盘或管状和/或锥形构件的外部件所限定的熔融表面区域开放。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得第二路径被限定为穿过经过第二盘的一个或多个节流孔，以形成用于第二部分流的第二路径，以避开坩埚中的在熔融表面上方的开放空间和熔融表面。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述流是到生长器的平均气体质量流小于50slpm的入口流，该数值为生长晶体的本体的工艺步骤上的平均值。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述平均值小于35slpm。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述平均值小于15slpm。根据本发明的一个实施例的流布置系统设置成使得所述系统包括用于对具有第一特征测度的第一晶体的第一流布置的第一组以及用于对具有第二特征测度的第二晶体的第二流布置的第二组。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得所述系统包括一子组可安装部件，以形成用于使待生长的晶体生长以具有特征测度的流布置。根据本发明的一个实施例的流布置被设置成使得所述第一特征测度处于晶体测度的第一范围中，而第二特征测度处于晶体测度的第二范围中。根据本发明的一个实施例，测度可以为在合适的部件中的某些确定的进一步测度组合。根据本发明的一个实施例的流布置系统设置成使得所述组包括第一盘、第二盘、管状和/或锥形构件、所述管状和/或锥形构件中的热绝缘体。根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得第一盘、第二盘、管状和/或锥形构件的开口处于晶体直径的大约1.0-2.5倍范围内，但是根据本发明的另一个实施例，其处于大约1.02-1.7的范围内，而根据另一个实施例，其处于大约1.2-1.4的范围内。

根据本发明的一个实施例的流布置设置成使得下列整合物体中的至少一个形成用于设定流布置的流几何尺寸的一组：坩埚、承受器、第一防护构件、第二防护构件、第一盘、第二盘、管状和/或锥形构件、熔融表面、充填物表面、晶体表面、所述物体的子结构部件，并且由一涂层制成或至少被所述涂层所覆盖，所述涂层包括下列材料中的至少一种：石墨、金属、复合物、耐热材料、热解石墨、金刚石薄膜、碳化物、氮化物和/或稀土族的金属化合物。根据本发明的一个实施例的流布置系统设置成使得所述部件中的至少一种至少部分地被通过CVD涂覆方法、离子涂覆方法、等离子体涂覆方法和/或利用放电的涂覆所制备的涂层所涂覆。根据本发明的一个实施例的流布置系统设置成使得所述部件中的至少之一以一涂层制成，或者至少部分地为所述涂层所涂覆，所述涂层包括下列元素中的至少一种：Si,C,N,Nb,Ta,W,Co,Mo。

根据本发明的一个实施例的热区结构，对于用于切克劳斯基型晶体生长的熔炉，包括：

坩埚，用于保持充填物和/或熔融物，

至少一个加热器，用于熔融在坩埚中的材料和/或使所述材料在晶体生长期间保持在熔融状态下，以及

基本连续的热绝缘体，其至少围绕坩埚和加热器，以减少在熔融和/或晶体生长过程中的热量损失和加热功耗。

根据本发明的一个实施例的热区结构包括作为重要的穿过所述绝缘体的热馈通的至少三个馈通：用于晶体、用于加热器的加热器电极、用于坩埚轴、用于熔融表面上方的晶体以及用于净化空气。根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述热区包括用于晶体的馈通，其中限定所述馈通的开口的最内直径的所述部件的内径和/或在管状和/或锥形构件中的热绝缘体的内径小于晶体本体的直径的1.5倍。根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述热区包括用于晶体的馈通，其中限定所述馈通的开口的最内直径的所述部件的内径和/或所述管状和/或锥形构件中的热绝缘体的内径小于晶体本体的直径的1.4倍。

根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述热区包括穿过热绝缘体的馈通，用于设置成引导排放气体穿过和/或离开热区区域的排放管线布置。根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述绝缘体至少在局部具有在渗透区域处的排放管线的有效直径的1.5倍的厚度。根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述热区具有排放管线，所述排放管线具有有效的排放管内径，或者在最窄点处的排放管在60mm以下。

根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述热区包括热绝缘体，其能够在晶体本体的多于90%的范围内将热区的单位表面积的加热功耗设定到20kW/m²以下的数值，根据本发明另一个实施例，所述数值优选在15kW/m²以下，而根据本发明的另一个实施例，所述数值更优选为10kW/m²。

根据本发明的一个实施例的热区结构包括根据本发明的一个实施例的流布置。

根据本发明的一个实施例的热区结构包括至少部分地被磁场穿透的材料，因此便于使用设置成在熔融和/或晶体生长的至少一部分期间产生进入熔融物区域的磁场。

根据本发明的一个实施例的热区结构包括防护构件，所述防护构件设置成保护所述坩埚或承受器的外表面免受可能与熔融物相接触的蒸气的影响。根据本发明的一个实施例的热区结构包括热布置，其设置成调整坩埚、承受器、热区部件、与充填物有关的生长器部件、熔融物和/或晶体的温度。

根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述热布置和/或其一部分包括设置成用于保护而免受源于熔融物的蒸气影响的护罩。根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得热布置设置成可操作用于相对于熔融物的温度来调整晶体温度、径向和/或轴向晶体温度分布，但是在另一个实施例中，是相对于热区的某个部分来调整的。根据本发明的一个实施例，所述热布置包括加热器。根据本发明的一个实施例，所述热布置包括冷却器。根据本发明的一个实施例，所述热布置包括加热器和/或冷却器的供给源。根据本发明的一个实施例，所述热布置包括用于控制电、和/或热布置的加热器和/或冷却器的质量流的装置。

根据本发明的一个实施例的热区结构设置成使得所述熔炉包括用于将保护气流提供到热布置的构件表面上，这种护罩和/或穿过所述绝缘体的开口上的护罩的装置，以便提供保护而防止受到源自熔融物组分的蒸气和/或颗粒的影响。

根据本发明的一个实施例的热区结构包括至少一个加热器，所述加热器设置成对充填物和/或熔融物进行加热，至少部分围绕坩埚。根据本发明的一个实施例的热区结构包括至少一个底部加热器，其设置成加热充填物和/或熔融物。根据本发明的一个实施例的热区结构包括在坩埚的充填物和熔融物表面水平位置附近的至少一个表面加热器，其设置成加热充填物和/或熔融物。

根据本发明的一个实施例的热区结构设置成包括至少一个加热器，其具有设置成至少部分补偿彼此的磁场的至少两个加热元件，同时其设置成加热充填物和/或熔融物。根据本发明的一个实施例的热区结构设置成包括基于感应的加热器，其设置成加热下列至少一种：充填物、熔融物、承受器、坩埚和其它的热区部件。

根据本发明的一个实施例的热区结构包括设置成加热生长晶体的加热器。根据本发明的一个实施例，这种加热器是热布置的一部分，其设置成调整晶体和/或热区的温度。根据本发明的一个实施例的热区结构包括设置成冷却晶体或其一部分的冷却构件。根据本发明的一个实施例的热区结构包括设置成提供冷却介质循环的冷却汽缸。根据本发明的一个实施例的热区结构包括在热区结构中用于产生进入熔融物的磁场的装置。

根据本发明的一个实施例的熔炉，用于切克劳斯基型晶体生长，所述熔炉包括：

坩埚，用于保持充填物和/或熔融物，

热布置，包括加热器和控制装置，用于将坩埚加热到一定温度使坩埚中的材料熔融，

拉拔机构，设置成将晶体从所述熔融的坩埚中拉出，

生长腔，设置成至少将所述坩埚和所述加热器密封到用于使待生长的晶体进行生长的气体环境中，且

根据本发明的实施例的热区结构。

根据本发明的一个实施例的熔炉还可以包括用于来自/去往生长腔的气体的至少一个气体入口和/或出口。根据本发明的一个实施例的熔炉包括用于所述气体的路径，其包括用于引导气体通过生长腔的底部离开熔炉的气体的引导装置。根据本发明的一个实施例的熔炉包括用于设定至少一个流的路径的装置，其设置成处理和/或保持熔炉可操作用于生长晶体，穿过包括阀和/或其中包括多个节流孔的孔板的路径，而至少一个节流孔设置成控制所述流的流动状态从关闭状态转换到完全打开的状态。根据本发明的一个实施例，所述流可以是被导向熔融表面的流和/或被导向用于避开熔融表面区域的流。根据本发明的一个实施例的熔炉可以包括用于收集排放气体的至少一个组分的装置。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括流通道，所述流通道设置成将氧或空气供给到通向排放通道的通道，以对源自熔融物的气体和/或灰尘的成分进行钝化处理。根据本发明的一个实施例的熔炉设置成使得被钝化处理的蒸气和/或灰尘由以下一种或多种成分构成：Sb、As、P、Si、锑氧化物、砷氧化物、磷氧化物和硅氧化物。根据本发明的一个实施例的熔炉设置成使得通过流控制器来实现所述流的控制，所述流控制器设置成调整至少一个节流孔的有效面积。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括在坩埚和晶体之间和/或在所述坩埚和气体出口通道之间的热绝缘材料。

在根据本发明的一个实施例的熔炉中，所述绝缘材料是一组部件，其设置成可操作用于待生长的晶体的生长成在晶体的特征测度范围内的特征测度。坩埚直径不限于特定的数值，但是根据本发明的一个实施例，所述坩埚直径在大约16”-132”的区域内。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括至少一个加热器，所述加热器为下列中的至少一个：壁加热器、底部加热器、在熔融表面附近的表面加热器、辐射加热器、基于感应的加热器、基于涡流的加热器、外部加热器元件和内部附加的可去除的加热元件，其中所述加热器设置成在拉晶阶段中可独立地操作，或者与另一个加热器结合操作。根据本发明的一个实施例的熔炉包括设置成增强所生长的晶体的冷却的冷却器。

根据本发明的一个实施例的熔炉设置成使得加热器设置成熔融充填物和/或将其作为熔融物保持成熔融形式，且在超过90%的晶体本体范围内，单位初始充填物重量的功耗和/或单位初始熔融物重量的功耗在颈部处低于0.7W/g。根据本发明的一个实施例的熔炉包括加热器，其在超过90%的晶体本体范围内总功耗低于55kW。根据本发明的一个实施例的熔炉包括绝缘体，所述绝缘体从热区内部到拉拔器表面的水冷表面的能量损失在超过90%的晶体本体范围内在热区的表面积上低于20kW/m²。根据本发明的一个实施例的熔炉包括绝缘体，所述绝缘体在超过90%的晶体本体范围内的能量损失低于15kW/m²，优选低于12kW/m²，甚至更优选地低于10kW/m²。根据本发明的一个实施例的熔炉包括绝缘体，所述绝缘体在超过90%的晶体本体范围内的功耗低于15kW/m²，优选低于12kW/m²，甚至更优选地低于10kW/m²。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括绝缘体，所述绝缘体具有如包括在热区中的所述绝缘体中的馈通开口或孔所限定的热损失。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括设置成产生进入熔融物的磁场的磁体。在根据本发明的一个实施例的熔炉中，所述磁体设置成在熔融物区域中产生小于50mT的磁场。根据本发明的一个实施例，所述磁体设置成在晶体和熔融物之间的界面中产生小于20mT的磁场。在根据本发明的一个实施例的熔炉中，所述磁体设置成将流提供到熔融物中，从而比起没有磁体情况下熔融物流造成的温度变化，在熔融物区域和/或晶体-熔融物界面附近处的熔融物区域内获得更小的温度变化。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括具有石墨毡状制品（felt）的绝缘体。根据一个实施例的变体，其用作在热区中的主热绝缘材料。根据本发明的一个实施例的熔炉包括高度多孔材料。根据本发明的一个实施例的变体，其包括在热区中的主热绝缘材料。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括真空装置，其用于将生长腔抽吸到某个压力。这种装置可以通过一个泵或一组泵以及设置成控制泵组中的泵的真空度和/或抽吸的流控制器来实现。根据本发明的一个实施例的熔炉包括气体环境装置，其设置成设置在生长腔中的气体环境的成分。这种装置可以由气体源和控制器来实现，所述气体源包括在压力下的气体，所述控制器用于控制被释放到熔炉的生长腔中、到热区和/或流布置的第一和/或第二部分流中的气体量。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括直径在大约16-132”的区域内的坩埚。这种坩埚可以由石英或硅石制成，但是其可以涂覆涂层。根据本发明的一个实施例的熔炉设置成可用于拉拔平行晶体，其中每个具有其自身的特征尺寸。根据本发明的一个实施例的熔炉包括设置成将掺杂剂、充填物和/或熔融物供给到包含至少一个坩埚的坩埚组的坩埚的供给装置。

根据本发明的一个实施例的用于切克劳斯基型晶体生长的生长器，至少包括：

生长腔，

生长腔内部连接装置，其设置成连接根据本发明的一个实施例的热区的热区部件。

根据本发明的一个实施例的生长器设置成使得所述连接装置设置成使得由预定的所述热区结构的热区部件整合所构成的所述热区部件中的至少一个被设置成可抬升的。根据本发明的一个实施例的生长器包括用于打开和密封所述生长腔的上部件的机构。在根据本发明的一个实施例的生长器中，所述机构还包括用于抬升和/或转动所述上部件的布置。根据本发明的一个实施例的生长器包括装置用于将所述热区部件设置成可抬升，并将生长腔密封。根据本发明的一个实施例的生长器包括用于将所述至少一个热区部件设置成可与生长腔的上部件抬升和/或转动。在根据本发明的一个实施例的生长器中，所述机构设置成提供对装配好的热区结构和/或预定的其整合的接近。根据本发明的一个实施例，所述整合包括管状和/或锥形构件、绝缘体、坩埚、承受器和/或加热器。根据本发明的一个实施例的生长器设置成使得所述接近包括用于下列中的至少一个部件的特定接近（access）：清洁热区部件、从坩埚去除材料、从承受器去除材料、更换热区部件、充填坩埚、使热区部件适应待生长的晶体的一定的特征尺寸。

根据本发明的一个实施例的生长器包括旋转装置，所述旋转装置设置成为选自下列物体的至少一个的第一可旋转物体提供旋转运动：充填物、熔融物、坩埚和拉拔的晶体，所述旋转运动相对于不同于所述至少一个第一可旋转物体的第二可旋转物体。根据本发明的一个实施例的生长器包括生长腔，其包括顶部部件和底部部件。根据本发明的一个实施例的生长器还可以包括含有中间部件的生长腔。根据本发明的一个实施例的生长器包括用于安装所述热区的布置，以使得其可以在生长腔被密封时朝向底部部件延伸。根据本发明的一个实施例的生长器包括在所述至少一个热区部件和所述生长腔的所述顶部部件之间的机械连接。根据本发明的一个实施例的生长器设置成使得所述连接可释放用于正常操作。

根据本发明的一个实施例的生长器包括用于安装适应晶体的第一或第一范围的特征测度的第一组热区部件以及适应晶体的第二或第二范围的特征测度的第二组热区部件，所述组设置成在第一晶体生长和第二晶体生长过程之间可互换。在根据本发明的一个实施例的生长器中，所述特征测度是以下中的至少之一：晶体直径、晶体方向、掺杂剂、晶体电阻率。

根据本发明的一个实施例的熔炉包括根据本发明的一个实施例的生长器和根据本发明的一个实施例的热区结构。

根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括：准备设备，拉出晶体和进行拉晶后操作，但是在准备阶段，所述方法包括：选择一组热区部件和/或绝缘部件以装到生长器中用于根据所述组的晶体特征测度的范围内的特定晶体的生长。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括选择待装载的充填物以提供熔融物的阶段，所述晶体从所述熔融物中拉出。

根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括选择籽晶或类似物以提供给待拉拔晶体其晶体结构。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括调整热区中的气流和气体环境。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括冷却被拉出的晶体。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括将熔融物暴露给磁场。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括为将晶体取出而打开生长腔。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括在使晶体生长之后和/或在拿出晶体之后，清洁生长腔。

根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括：

将用于气体环境的气流供给到生长腔，

将输入到所述生长腔的气流分成第一部分流和第二部分流，

将所述第一部分流的进入部分朝向熔融表面引导，以由引导表面形成所述第一部分流的次级部分，

将所述第一部分流的进入部分和次级部分彼此隔离开，以将所述第一部分流的次级部分的温度维持在熔融温度处或接近熔融温度，

引导至少所述第一部分流离开所述热区，

引导第二部分流作为到出口的保护气流，以避开坩埚和/或拉晶区域中的熔融物。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括将晶体的颈部与熔融物至少部分地热绝缘的阶段。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括在拉晶阶段相对于其它物体旋转下列至少一个物体：待拉拔的晶体、坩埚、承受器和熔融物。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括旋转以使得至少所述物体中的第一个物体的旋转方向、角速度和/或角动量不同于所述物体中的另一个。根据本发明的一个实施例，所述方法包括旋转以使得所述旋转包括由磁场对所述熔融物的至少一部分的旋转进行加速、保持和/或减速。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括旋转以使得设置磁场以构成用于在熔融物的区域中包括垂直分量的流中移动熔融物的力。根据本发明的一个实施例，将熔融物暴露给具有作为位置函数的强度分布的磁场。在根据本发明的一个实施例的晶体生长方法中，所述将熔融物暴露给磁场的步骤实现，以使得所述磁场在熔融物和待拉拔的晶体之间的界面区域处具有第一数值范围中的第一数值而在熔融物中的其它位置处具有第二数值范围中的第二数值。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用这种基本上与坩埚旋转轴或其延长线对称的磁场。根据本发明的一个实施例，所述方法包括采用dc电流或基本为dc电流的电流形成的磁场。根据本发明的一个实施例，所述方法包括：利用具有小于20mT的第一数值的这种磁场。根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用具有小于50mT的第二数值的这种磁场。根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用这种磁场以使得其有助于将磁场强度限定于和/或调整到不造成晶体组成含量的径向不均匀性的任何的或明显的增加的数值。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用这种磁场，其具有在一时间周期上的局部平均，其相对于坩埚旋转轴线基本对称。

根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用这种磁场，其在用于控制熔融物的至少一个流分量的方法中是可调整的。根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用这种磁场，所述磁场可以被用于控制熔融物中和/或其某部分中的成分组分含量。根据本发明的一个实施例，所述方法包括利用这种磁场，其可以用于控制晶体或其一部分的组分含量。根据本发明的一个实施例，所述组分是氧或包括氧。

根据本发明的一个实施例，旋转磁场或其旋转磁场分量通过改变熔融物周围的电磁场强度来实现。根据本发明的一个实施例，旋转磁场或旋转场分量通过至少一个永磁体的沿着围绕熔融物的方向的机械旋转来实现。根据本发明的一个实施例，所述旋转磁场或其旋转场分量通过至少两个永磁体的机械旋转来实现，每个所述两个永磁体其自身方向围绕熔融物。

根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括在拉晶过程中供给含有Ar的气体。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括供给气体以使得所述气体在晶体本体中的平均质量流小于50slpm，对于具有根据ASTMF121-83单位的大约14-16ppma的平均氧浓度的晶体，更优选地小于30slpm。根据本发明的一个实施例，另一种已知的组分同样可以在气体中被应用。

根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括用于硅晶体的方法。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括用于锗晶体的方法。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括用于包含来自碳族的元素的晶体的方法。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括用于包含来自III族的掺杂剂的晶体的方法。根据本发明的一个实施例的晶体生长方法包括用于包含来自V族的掺杂剂的晶体的方法。

根据本发明的一个实施例的晶体是根据本发明的一个实施例制造的晶体。

根据本发明的一个实施例的晶体包括半导体晶体。根据本发明的一个实施例的晶体为单晶。根据本发明的一个实施例的晶体包括硅、锗和/或它们的混合物。根据本发明的一个实施例的晶体包括III族、IV族或V族元素中的至少一种元素作为掺杂剂。

根据本发明的一个实施例，所述晶体可以包括完全的或主要的蓝宝石的晶体结构。根据本发明的一个实施例，所述晶体可以包括硫化锌（wurzite）的晶体结构。根据本发明的一个实施例，所述晶体可以包括金刚石的晶体结构。根据本发明的一个实施例，所述晶体可以包括岩盐的晶体结构。

根据本发明的一个实施例的晶体包括以下成分中的至少一种：硼、磷、锑、砷、铝、镓、铟或所述元素中的至少两种以任意比例组合。根据本发明的一个实施例的晶体包括根据本发明的一个实施例的晶体组成和/或结构的本体直径在150到1100mm之间。根据本发明的一个实施例的晶体包括直径在150和500mm之间的硅晶体的本体。根据本发明的一个实施例的晶体包括直径在150和220mm之间的硅晶体的本体。

根据本发明的一个实施例，所述晶体包括在晶体中和/或在熔融物中的氧浓度水平处于由目标值和容许量，或者可选地由可接受的上限和/或下限所限定的可接受的水平上或可接受的范围内。根据本发明的一个实施例，根据ASTM F121-83单位，对于晶体的所述氧目标值是在0.5-25ppma范围内的数值，更优选地在3-17ppma范围内。根据本发明的一个实施例，根据ASTM F121-83单位，用于晶体的氧浓度的容许量好于±1ppma。

根据本发明的一个实施例，所述晶体成分的含量是限定在生长完成的晶体的特定部分中的平均值。根据本发明的一个实施例的晶体在晶体的本体的端部处和/或在大约90%的初始充填物已经被拉出的本体位置处具有基本上低于0.5ppma的含碳量。根据本发明的一个实施例的晶体含碳量在0.2ppma以下，优选在0.1ppma以下，但更优选在0.03ppma以下。

根据本发明的一个实施例，根据本发明的一个实施例的熔炉包括设置成将至少一种掺杂剂提供到熔融物和/或充填物中的掺杂剂装置。所述掺杂剂可以以多种方式被添加到所述充填物中，和/或由特殊种类的掺杂剂装置在部件或部分中添加，以固相和/或气相添加。根据本发明的一个实施例，所述掺杂剂装置包括装置用于在熔融物处于熔融相时，将至少一种掺杂剂以气相添加到熔融物中，或者在熔融之前和/或熔融过程中添加到充填物上。

本领域普通技术人员在阅读和理解了本申请之后，应当理解，所述第一流和所述第二流并非是对流入熔炉和/或流出熔炉的流的数量的限制。因此，所述第一流和所述第二流被表示为以示例方式体现熔炉中至少两个流经由至少两个不同的路径整合的路径，至少一条路径整合从所述路径朝向熔融表面引导，而至少另一路径整合避开熔融物。至少一个流可以被用作保护气流以使熔炉和/或其一部分、所述熔融物和晶体被保护以免受源自所述气体、熔融物、其组分和/或在生长运转期间由来自熔炉中的物质的化学反应形成的成分的影响。

尽管本发明的多个实施例已经被示出和描述，但是应当理解，可以在不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下进行许多修改和改变。

Claims (39)

1.一种流布置，用于熔炉,所述熔炉包括用于切克劳斯基型的由熔融物进行晶体生长的坩埚，所述流布置进一步包括用于在所述熔炉的流入口处的气流的至少一个入口流通道以及在所述熔炉的气体出口处的至少一个出口流通道，以及在其间的热区中的流引导布置，所述流引导布置在晶体生长过程中设置成将至少一个入口流分成第一部分流和第二部分流，以使所述第一部分流沿着引导表面被引导以在离开所述热区之前进入熔融区域，

其特征在于，

所述流引导布置包括围绕热区的基本连续的热绝缘体；

所述热绝缘体包括通道，所述通道布置成允许所述第二部分流以如下方式流动：所述第二部分流在离开所述热区之前避开坩埚中的所述熔融物上方的空间。

2.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述布置中，所述引导表面至少部分地包括一表面，所述表面属于下列部件中的至少一个：籽晶的支撑件、籽晶、晶体、晶体部分、第一盘构件、第二盘构件、附加的吹扫管以及管状和/或锥形构件。

3.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述布置中，所述第一部分流被引导进入一空间，所述空间面对熔融物所源自的充填物，而所述第二部分流设置成避开所述的面对所述充填物的空间。

4.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述布置中，所述布置的所述流中的至少一个设置成禁止来自熔融物的蒸发物质转移到所述生长器的其它部件和/或热区部件。

5.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述布置中，所述第一部分流和第二部分流设置成在离开所述热区和/或所述熔炉之前合并。

6.根据权利要求1所述的流布置，其中，所述第一部分流和/或第二部分流设置成彼此独立地离开所述热区和/或所述熔炉。

7.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述流引导布置包括管状和/或锥形构件，所述管状和/或锥形构件能够共轴地或基本共轴地围绕待生长的晶体的轴线安装。

8.根据权利要求7所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述管状和/或锥形构件包括热绝缘体，所述热绝缘体设置成将所述引导表面的第一部分处的所述第一部分流的进入部分与在所述引导表面的第二部分处的所述第一部分流的所述第二部分的相互热作用隔离开，其中所述第一部分流的所述进入部分进入熔融表面，且所述第一部分流的所述第二部分离开熔融表面。

9.根据权利要求8所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述热绝缘体设置成将晶体的冷却部分和来自所述熔融物上方的热区区域的至少一个部件相互热绝缘。

10.根据权利要求9所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述管状和/或锥形构件包括第一表面和第二表面，它们由位于接近熔融物区域处的间隙来彼此分开。

11.根据权利要求7所述的流布置，其中，在所述流布置中，当提供有用于待生长的晶体的开口时，所述管状和/或锥形构件还包括下列部件中的至少一个部件：第一盘构件和第二盘构件，其中所述部件设置成限定朝向所述熔融区域的气流路径。

12.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述流引导布置还包括至少一个管状防护构件，作为可至少部分地围绕晶体轴线或其延长线安装的壁，以使得所述至少一个管状防护构件设置成至少部分地形成通道壁，用于防护下列中至少一个构件：加热元件、所述坩埚、坩埚壁部件、承受器、晶体和管状和/或锥形构件，免受源于所述第一部分流和/或熔融物的蒸气的影响。

13.根据权利要求1所述的流布置，其中，对于所述第一部分流和/或第二部分流，所述流布置包括在所述熔炉的气体出口处延伸到出口流通道中的区域，用于在所述区域中合并所述第一部分流和所述第二部分流。

14.根据权利要求13所述的流布置，其中，所述流布置包括附加的流通道，所述附加的流通道延伸到设置成将氧或空气供给到所述出口或排放管线的熔炉的气体出口，以对源自熔融物的灰尘和/或排放气体的组分进行钝化处理。

15.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述流布置中，在晶体生长过程中或其一个阶段中，所述熔炉中的特定流的流几何尺寸被以下部件中的至少一个限定：坩埚、承受器、防护构件、合并区域、充填物、水平面根据生长阶段而变化的熔融表面、被拉出的晶体的晶体表面部分以及管状和/或锥形构件。

16.根据权利要求15所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述特定流是下列中的至少一种：第一部分流、第二部分流、合并的流以及上述流中任意一种的一部分。

17.根据权利要求1所述的流布置，其中，在所述流布置中，至少一个气流被引导到至少第一部件和第二部件之间的通道中，所述第一和/或第二部件具有圆柱形、基本圆柱形、严格圆柱形、锥形、基本锥形、平面形状和/或近似平面形状的几何形状。

18.根据权利要求17所述的流布置，其中，在所述流布置中，所述至少两个部件能够从下列物体组合中选择以形成用于设定流几何形状的组：坩埚、承受器、第一防护构件、第二防护构件、第一盘、第二盘、管状和/或锥形构件、熔融表面、充填物的表面、晶体表面、所述物体的子结构部件。

19.一种热区结构，其特征在于，所述热区结构包括根据权利要求1所述的流布置。

20.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括防护构件，所述防护构件设置成保护所述坩埚或承受器的外表面免受可能与熔融物接触的蒸气的影响。

21.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括热布置，所述热布置设置成调整与所述填充物、所述熔融物和/或所述晶体相关的生长器部件、热区部件、承受器、所述坩埚的温度。

22.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括至少一个加热器，所述至少一个加热器设置成加热所述充填物和/或所述熔融物，至少部分地位于所述坩埚周围。

23.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括至少一个底部加热器，所述至少一个底部加热器设置成加热所述充填物和/或所述熔融物。

24.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括至少一个表面加热器，所述至少一个表面加热器位于所述坩埚的所述充填物和/或熔融物表面水平附近，设置成加热所述充填物和/或所述熔融物。

25.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括设置成加热所生长的晶体的加热器。

26.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括设置成冷却晶体或其一部分的冷却构件。

27.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述冷却构件包括设置成提供冷却介质的循环的冷却汽缸。

28.根据权利要求19所述的热区结构，其中，所述热区结构包括在热区结构中用于生成进入熔融物中的磁场的装置。

29.一种通过包括坩埚的熔炉的流布置从熔融物生长切克劳斯基型晶体的方法，

所述流布置包括用于在所述熔炉的流入口处的气流的至少一个入口流通道以及在所述熔炉的气体出口处的至少一个出口流通道，，所述方法包括：

通过在热区中的流引导布置，在晶体生长过程中，将至少一个入口流分成第一部分流和第二部分流，以使得所述第一部分流沿着引导表面被引导以在离开所述热区之前进入熔融区域，

其中：

所述流引导布置进一步包括围绕热区的基本连续的热绝缘体，

所述方法进一步包括通过热绝缘体的通道，允许第二部分流以如下方式流动：第二部分流构在离开所述热区之前避开坩埚中的所述熔融物上方的空间。

30.根据权利要求29所述的方法，包括将所述第一部分流引导进入一空间，所述空间面对熔融物所源自的充填物，以及所述第二部分流设置成避开所述的面对所述充填物的空间。

31.根据权利要求29所述的方法，包括设置所述流布置的流中的至少一个以禁止来自熔融物的蒸发物质转移到所述生长器的其它部件和/或热区部件。

32.根据权利要求29所述的方法，包括将所述第一部分流和第二部分流设置成在离开所述热区和/或所述熔炉之前合并。

33.根据权利要求29所述的方法，包括将所述第一部分流和/或第二部分流设置成彼此独立地离开所述热区和/或所述熔炉。

34.根据权利要求29所述的方法，其中，所述流引导布置包括管状和/或锥形构件，所述管状和/或锥形构件能够共轴地或基本共轴地围绕待生长的晶体的轴线安装，所述管状和/或锥形构件包括热绝缘体，所述方法包括：将所述热绝缘体设置成将所述引导表面的第一部分处的所述第一部分流的进入部分与在所述引导表面的第二部分处的所述第一部分流的所述第二部分的相互热作用隔离开，其中所述第一部分流的所述进入部分进入熔融表面，且所述第一部分流的所述第二部分离开熔融表面。

35.根据权利要求34所述的方法，包括：将所述热绝缘体设置成将晶体的冷却部分和来自所述熔融物上方的热区区域的至少一个部件相互热绝缘。

36.根据权利要求34所述的方法，包括：当提供有用于待生长的晶体的开口时，所述管状和/或锥形构件还包括下列部件中的至少一个部件：第一盘构件和第二盘构件，其中所述方法包括将所述部件设置成限定朝向所述熔融区域的气流路径。

37.根据权利要求29所述的方法，其中，所述流布置的流引导布置还包括至少一个管状防护构件，作为可至少部分地围绕晶体轴线或其延长线安装的壁，所述方法包括使得所述至少一个管状防护构件设置成至少部分地形成通道壁，用于防护下列中至少一个构件：加热元件、所述坩埚、坩埚壁部件、承受器、晶体和管状和/或锥形构件，免受源于所述第一部分流和/或熔融物的蒸气的影响。

38.根据权利要求29所述的方法，其中，对于所述第一部分流和/或第二部分流，所述流布置包括在所述熔炉的气体出口处延伸到出口流通道中的区域，所述方法进一步包括在所述区域中合并所述第一部分流和所述第二部分流。

39.根据权利要求29所述的方法，包括将至少一个气流引导到至少第一部件和第二部件之间的通道中，所述第一部件和/或第二部件具有圆柱形、基本圆柱形、严格圆柱形、锥形、基本锥形、平面形状和/或近似平面形状的几何形状。