JP7076487B2 - 複数の高品質半導体単結晶を効率的に製造するシステム、およびそれを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、バルク半導体単結晶を成長させるシステムおよび方法に関し、より詳細には、物理的気相輸送に基づいて炭化ケイ素などの２つ以上のバルク半導体単結晶を同時に成長させるシステムおよび方法に関する。

炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、パワーエレクトロニクス部品、高周波部品、および発光半導体部品などの幅広い用途における電子部品のための半導体基板材料として広範囲に使用されている。

一般に、物理的気相輸送（ＰＶＴ）は、特に商業目的のために、バルクＳｉＣ単結晶を成長させるために使用される。ＳｉＣ基板が、（例えば、ワイヤソーを用いて）バルクＳｉＣ結晶からスライスを切断し、一連の研磨ステップを用いてスライス表面を仕上げることによって製造される。仕上げられたＳｉＣ基板は、適当な半導体材料（例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ）の薄い単結晶層がＳｉＣ基板上へ堆積させられるエピタキシャルプロセスなどにおける半導体部品の製造に用いられる。堆積させられた単一層およびそこから製造された部品の特性は、下地基板の品質および均質性に決定的に依存する。このため、ＳｉＣの顕著な物理的、化学的、電気的、および光学的特性により、ＳｉＣをパワーデバイス応用に好適な半導体基板材料にさせる。

ＰＶＴは、適当な原材料の昇華と、それに続く種結晶での再結晶（re-condensation）とを本質的に伴い、そこで単結晶の形成が行われる、結晶成長法である。原材料および種結晶は、成長構造の内側に置かれ、そこで原材料は、加熱によって昇華させられる。次いで、昇華させられた蒸気は、原材料と種結晶の間に確立された温度勾配により、制御されたやり方で拡散し、種の上へ堆積し、単結晶として成長する。

従来のＰＶＴベースの成長システムは、一般に、原材料を昇華させるために誘導加熱システムまたは抵抗加熱システムを用いる。いずれの場合も、ＰＶＴベースの成長システムのコアは、いわゆる反応炉（reactor）である。従来から断熱性黒鉛および炭素材料で作製されている成長構造は、反応炉の内部に配置され、反応炉の外側に配置された誘導コイルによって、または反応炉の内側に配置された抵抗加熱器によって加熱される。成長構造内の温度は、成長構造のオーバーチュア（overture）の近くに設置された１つまたは複数の高温計または１つまたは複数の熱電対によって測定される。真空密閉反応炉は、１つまたは複数の真空ポンプによって排気され、１つまたは複数のガス供給によって不活性ガスまたはドーピングガスが供給されて、制御されたガス（ガス混合雰囲気）を製造する。全てのプロセスパラメータ（圧力、温度、ガス流量など）は、全ての含まれる構成要素（図３を参照して以下により詳細に説明されるような、例えば、インバータ、高温計、真空制御弁、ＭＦＣ、および圧力計）と通信するコンピュータ動作式のシステムコントローラによって調節、制御、および記憶することができる。

誘導加熱ＰＶＴシステムの場合には、通常、反応炉は、１つまたは複数のガラス管を備え、このガラス管は、任意選択で水を用いて冷却され、大気に対して反応炉の内部を完成するようにフランジを備えた両端に設けられる。そのような誘導加熱ＰＶＴシステムの一例は、米国特許第８，８６５，３２４号明細書に記載されている。誘導コイルは、ガラス管の外側に装着され、通常、電磁放射線からシールドを行う「ファラデーケージ」によって囲まれる。従来の抵抗加熱ＰＶＴシステムでは、加熱抵抗要素は、反応炉の内側に装着される。反応炉が金属製である場合には、それは、水または空気によって冷却することができる。抵抗加熱ＰＶＴシステムの例は、米国特許出願公開第２０１６／０１３８１８５号明細書、および米国特許出願公開第２０１７／０３２１３４５号明細書に記載されている。

今のところ、上述のものに類似する構成要素を有するこれらのおよび他の従来のＰＶＴ成長システムは、反応炉内に一度にたった１つの成長構造が導入されることを可能にする単一の反応炉の概念に基づいている。これは、一度に生産できる単結晶の個数を制限し、得られる結晶の品質における均質性、および経済的コストの観点でいくつかの欠点をもたらす。すなわち、従来のＰＶＴ技法に関連した成長速度は、典型的には、数１００μｍ／ｈの範囲内であり、これは、大規模生産の要求を満たすにはむしろ遅い。バルク単結晶の生産率を増加させるために、いくつかの「隔離された（isolated）」ＰＶＴシステムが、同時に実行され得る。しかしながら、これは、各反応炉を実行するための別個の真空、ガス供給、および制御の構成要素、ならびに必要スペースを設ける必要性に関連した高コストを示唆する。

また、「隔離された」ＰＶＴ成長システムを使用する概念は、内部で生産された結晶の均質性に負の影響も及ぼす。例えば、反応チャンバ内に窒素ガスを導入することによって実現されるＳｉＣ結晶のドーピングは、ドーピングガス混合気の圧力パラメータおよび流量パラメータに非常に依存する。これは、同じ反応炉システムのプロセスの変動、または反応炉システム間のプロセスの差により、ドーピングレベルにかなり大きな差をもたらし得る。ＳｉＣ単結晶の成長速度は、（温度に加えて）反応炉の内側で結晶成長中に広がる圧力にも大いに依存する。したがって、（例えば、ポンプの吸引力、圧力測定システムの偏差またはドリフトなどについての）反応炉システム間のわずかな差により同じセットの制御パラメータ（圧力、温度、成長時間など）を使用する同様の独立した反応炉システムで生産されるとき、あるいは成長プロセス中の制御パラメータの変動により異なった実行における同じ反応炉でも、そのような「隔離された」反応炉システムにおいて生産された単結晶は、ドーピングレベルおよび結晶長などのそれらのそれぞれの特性が大きく異なり得る。これは、生産された単結晶の望ましくない廃棄および品質低下という結果になる。

先行技術は、ＰＶＴ構造ごとに設けられるたった１つの反応炉からそれぞれなる結晶成長のためのシステムを説明し、各システムは、対応する真空、加熱、ガス供給、および制御で個々に制御または供給される。

これまでのところ、そのような「隔離された」結晶成長システム（単一のシステム）が伴う欠点に甘んじている。

米国特許第８，８６５，３２４号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０１３８１８５号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０３２１３４５号明細書

本発明は、先行技術の弱点および欠点に鑑みてなされており、その目的は、改善された単結晶品質を伴い、かつ費用対効果の大きいやり方で、物理的気相輸送（ＰＶＴ）によって、半導体材料の２つ以上の単結晶を同時に成長させるためのシステム、およびそれを製造する方法を提供することである。

この目的は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明の根底にある概念は、いくつかの反応炉が共通の真空チャネルを介して接続され、したがって、接続された反応炉にわたって同様の気相条件が、共通の真空ポンプシステムを使用して実現および制御される得るＰＶＴ成長システムを提供することにある。共通の真空チャネルを介した反応炉と同じ真空ポンプシステムの接続は、成長プロセスの開始前に、接続された反応炉の全てにおいてほぼ同じ真空圧力に到達することと、内側チャンバにドーピング成分および／またはガス成分が供給される成長フェーズ中の接続された反応炉の全てにわたって共通の圧力条件を維持することとを可能にする。加えて、成長中の反応チャンバの内側のドーピングおよび／または不活性ガス雰囲気の圧力および組成などの最終的な単結晶の特性にかなり大きい影響を与える成長プロセスパラメータの均質性を改善するために、圧力測定などの各反応炉に関連したそれぞれのプロセスパラメータシステム、およびモニタリングシステム、ならびにドーピングガスおよび／または不活性ガスを反応チャンバに送り込むガス供給システムは、全ての接続された反応炉にわたって同じ成長パラメータを実現するようにこれらのプロセスパラメータシステムを動作させる共通のシステムコントローラによって中央制御されてもよい。そして、接続された反応炉にわたる成長プロセスの同時かつ改善された制御が、実現されてもよい。本発明によるＰＶＴ成長システムのさらなる利点は、それは「隔離された」反応炉の概念に基づいている全ての知られているＰＶＴ成長システムに有利に拡張され得ることに見ることができる。これは、従来のＰＶＴ成長構造を利用することによって、すなわち、るつぼの寸法および／または原材料の量を変更する必要なく，２つ以上の半導体単結晶ボウル（crystal boules）を同時に製造することを可能にすることを意味し、これは、いくつかの結晶種を取り囲む拡大された直径、および拡大された材料源を有するＰＶＴ成長構造を用いるＰＶＴ成長システムと比較して費用が節約される結果になる。

したがって、本発明は、物理的気相輸送（ＰＶＴ）によって半導体材料の単結晶を２つ以上同時に製造するシステムであって、複数の反応炉を備え、各反応炉は、単一半導体結晶の成長のためのＰＶＴ成長構造を収容するようになされた内側チャンバを有しており、複数の反応炉のうちの２つ以上の反応炉は、共通の真空チャネルによって互いに接続されるようになされ、共通の真空チャネルは、接続された２つ以上の反応炉の内側チャンバ内の共通気相条件を生成するおよび／または制御するための真空ポンプシステムに接続可能である、システムを提供する。

さらなる発展例によれば、システムは、それぞれの内側チャンバにおいて到達した気相条件の圧力を示す測定を行うように共通の真空チャネルを介して接続された２つ以上の反応炉のうちの少なくとも１つに配置された１つまたは複数の圧力センサを備える圧力測定システムをさらに備え、圧力測定システムは、圧力測定を監視し、真空ポンプシステムを制御するための真空制御パラメータ、およびガス供給システムを制御するための気相制御パラメータを出力して、全ての接続された内側チャンバ内でほぼ同じ所定の気相条件に到達し維持するように内側チャンバ内に気相を形成するガス成分を供給するようになされており、気相条件は、気相の圧力および／または組成を含む。

さらなる発展例によれば、１つまたは複数の圧力センサは、共通の真空チャネルに沿って真空ポンプシステムとの接続からより離れている接続された２つ以上の反応炉のうちの一の反応炉における気相条件の圧力を示す圧力測定を実行するようになされており、および／または１つまたは複数の圧力センサは、接続された２つ以上の反応炉の下領域に関して共通の真空チャネルに関する気相条件の圧力を示す圧力測定を実行するようになされている。

さらなる発展例によれば、システムは、複数の反応炉におけるＰＶＴ成長プロセスのパラメータを制御するようになされているシステムコントローラをさらに備え、ＰＶＴ成長プロセスパラメータは、反応炉の内側チャンバの内側の圧力、成長温度、および気相を形成する内側チャンバへのドーピングガスおよび／または不活性ガスのガス供給のうちの少なくとも１つを含む。

したがって、反応チャンバの内側の温度および／または圧力などの最終的な単結晶の特性にかなり大きい影響を与える成長プロセスパラメータの均質性を確実にするために、圧力測定などの各反応炉に関連したプロセスパラメータシステム、加熱システム、および／または冷却システムは、数個または全部の接続された反応炉のプロセスパラメータシステムを動作させる共通のシステムコントローラによって同じ成長制御パラメータで中央制御されてもよい。そして、接続された反応炉にわたる成長プロセスの同時かつ改善された制御が実現され得る。

さらなる発展例によれば、ＰＶＴ成長構造は、原材料から少なくとも１つの単結晶を成長させるために、原材料および少なくとも１つの結晶種を収容する原材料区画（source material compartment）を含み、原材料は、少なくとも炭化けい素（silicium carbide）、４Ｈ ＳｉＣ、およびＩＩＩ～Ｖ族元素の半導体を含む群の半導体材料である。

したがって、本発明の原理は、幅広い半導体単結晶ボウルの製造に有利に適用することができる。

さらなる発展例によれば、複数の反応炉のうちの少なくとも１つは、下側から内側チャンバの中にＰＶＴ成長構造をもたらすために、それぞれの反応炉の縦軸に対して変位させられるようになされている移動可能な下部フランジを有する。

結果として、ＰＶＴ成長構造は、容易に挿入できるとともに、反応炉から容易に除去することができ、それによって成長プロセスの各実行後の複数の反応炉におけるＰＶＴ成長構造の交換を容易にする。

さらなる発展例によれば、各複数の反応炉は、反応炉の内側に配置されたＰＶＴ成長構造を加熱するようになされた加熱システムと、反応炉から熱を放散するようになされている冷却システムとを備え、加熱システムは、誘導加熱システムおよび抵抗加熱システムのうちの一方であり、冷却システムは、水冷システムおよび空冷システムの組合せの１つである。

さらなる発展例によれば、２つ以上の反応炉は、共通の真空チャネルに直列式で接続されるようになされている、および／または接続された２つ以上の反応炉は、共通の真空チャネルがＵ形およびリング形のうちの１つを有するように配置される。

これらの構成は、複数の反応炉を接続することを可能にし、空間の観点で節約が増すという利点がある。

本発明によれば、物理的気相輸送（ＰＶＴ）によって半導体材料の２つ以上の単結晶を同時に製造する方法であって、各反応炉が単一半導体結晶の成長のためのＰＶＴ成長構造を収容するようになされた内側チャンバを有する２つ以上の反応炉を共通の真空チャネルを介して真空ポンプシステムへ接続するステップと、真空ポンプシステムを用いて、接続された２つ以上の反応炉の内側チャンバ内の共通の気相条件を生成および／または制御するステップとを含む、方法も提供される。

さらなる発展例によれば、上記方法は、接続された２つ以上の反応炉のうちの少なくとも１つに配置された１つまたは複数の圧力センサを用いて、接続された２つ以上の反応炉の内側チャンバにおいて到達した気相条件の圧力を示す測定を実行するステップと、圧力測定を監視し、真空ポンプシステムを制御するための真空制御パラメータを出力し、ガス供給システムを制御するための気相制御パラメータを出力して、全ての接続された内側チャンバ内でほぼ同じ所定の気相条件に到達し維持するように内側チャンバ内に気相を形成するガス成分を供給するステップとをさらに含み、気相条件は、気相の圧力および／または組成を含む。

さらなる発展例によれば、共通の真空チャネルに沿って真空ポンプシステムとの接続からより離れている接続された２つ以上の反応炉のうちの一の反応炉における気相条件の圧力を示す測定が、実行され、および／または気相条件を示す圧力測定が、接続された２つ以上の反応炉の下領域に関する共通の真空チャネルに関して実行される。

さらなる発展例によれば、方法は、共通のシステムコントローラを使用して２つ以上の反応炉におけるＰＶＴ成長プロセスのパラメータを制御するステップをさらに含み、ＰＶＴ成長プロセスパラメータは、反応炉の内側チャンバの内側の圧力、成長温度、および気相を形成する内側チャンバへのドーピングガスおよび／または不活性ガスのガス供給のうちの少なくとも１つを含み、および／またはＰＶＴ成長構造は、原材料から少なくとも１つの単結晶を成長させるために、原材料および少なくとも１つの結晶種を収容する原材料区画を含み、原材料は、少なくとも炭化けい素、４Ｈ－ＳｉＣ、およびＩＩＩ～Ｖ族元素の半導体を含む群の半導体材料である。

さらなる発展例によれば、方法は、下側から内側チャンバの中にＰＶＴ成長構造をもたらすためにそれぞれの反応炉の縦軸に対して２つ以上の反応炉のうちの少なくとも１つの移動可能な下部フランジを変位させるステップをさらに含む。

さらなる発展例によれば、方法は、反応炉ごとに配置されたＰＶＴ成長構造をそれぞれの反応炉に関連した加熱システムで加熱するステップと、それぞれの反応炉に関連した冷却システムを用いて各反応炉から熱を放散するステップとをさらに含み、加熱システムは、誘導加熱システムおよび抵抗加熱システムのうちの一方であり、冷却システムは、水冷システムおよび空冷システムの組合せの１つである。

さらなる発展例によれば、２つ以上の反応炉は、共通の真空チャネルに直列式で接続されている、および／または接続された２つ以上の反応炉は、共通の真空チャネルがＵ形およびリング形のうちの１つを有するように配置される。

添付図面は、本発明の原理を説明するために本明細書の一部に組み込まれ、この一部を形成する。図面は、本発明がどのように作製および使用され得るかの有利な例および代替例を例示するためのものにすぎず、例示および説明した実施形態だけに本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

さらなる特徴および利点は、下記添付図面に示されるように、本発明の以下のより詳細な説明から明らかになろう。

前述の物理的気相輸送方法によって単結晶を成長させるＰＶＴ成長構造の概略断面図である。 ＰＶＴによって２つの単結晶を同時に成長させるためのＰＶＴ成長構造のさらなる構成の概略断面図である。 ＰＶＴによって半導体結晶ボウルを成長させる従来のシステムの概略断面図であって、ＰＶＴ成長構造、ならびに対応する誘導加熱システムおよび水冷システムを受け入れるための単一の反応炉を有するシステムの概略断面図である。 空冷システムを使用するという点で図３のシステムとは異なるＰＶＴによって半導体結晶ボウルを成長させる別の従来のシステムの概略断面図である。 ＰＶＴ成長構造、ならびに対応する抵抗加熱システムおよび水冷システムを受け入れる単一の反応炉を備える、ＰＶＴによって半導体結晶ボウルを成長させる別の従来のシステムの概略断面図である。 一実施形態による共通の真空チャネルに接続された２つの反応炉を備えるＰＶＴ成長システムの概略断面図である。 共通の真空チャネルに接続されているとともに、さらなる実施形態によるガスサプライフィード（gas supply feed）を共有する２つの反応炉を備えるＰＶＴ成長システムの概略断面図である。 図６および図７に示されたＰＶＴ成長システムの共通の概念を示す概略図である。 さらなる実施形態による、直線の共通の真空チャネルを介して接続された３つの反応炉、および反応炉ごとの個々の電流源（例えば、ＭＦジェネレータ）を有するＰＶＴ成長システムの概略図である。 さらなる実施形態による、直線の共通の真空チャネルを介して接続された３つの反応炉、および３つの反応炉に電流を供給する共通の電流源（例えば、共通のハウジングにおける３つの制御可能なＭＦジェネレータ）を有するＰＶＴ成長システムの概略図である。 さらなる実施形態による、さらなる実施形態による、直線の共通の真空チャネルを介して接続されたＮ個の反応炉を有するＰＶＴ成長システムの概略図である。 さらなる実施形態による、リング形の共通の真空チャネルを介して接続されたＮ個の反応炉を有するＰＶＴ成長システムの概略図である。 さらなる実施形態による、Ｕ形の共通の真空チャネルを介して接続されたＮ個の反応炉を有するＰＶＴ成長システムの概略図である。

次に、本発明は、本発明の例示的な実施形態を示した添付図面を参照して、以下より十分に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化されてもよく、本明細書中に記載された実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となるように、および本発明の範囲を当業者に十分伝えるように与えられる。明細書全体を通じて、同じ番号は、図面中同じ要素を指している。本発明は、炭化けい素を参照して以下で説明されるが、ＡｌＮおよび他のＩＩＩ～Ｖ族半導体材料などの他の半導体材料を用いた物理的気相輸送法によって成長させられる単結晶の成長に本発明の原理を適用することが予見される。

上述したように、本発明の概念は、「隔離された」反応炉の概念に基づくとともに、当業界で知られているＰＶＴ成長構造、すなわち、単結晶を一度に成長させるためのたった１つのＰＶＴ成長構造を受け入れることができるＰＶＴ成長構造を用いている全ての知られているＰＶＴ成長システムに有利に拡張され得る。

図１は、物理的気相輸送法によってＳｉＣなどの単結晶ボウル（図示せず）を成長させるＰＶＴ成長構造１００の概略断面図である。ＰＶＴ成長構造１００は、るつぼ１０２を備え、このるつぼ１０２はその下側に、（例えば、粉末または粒状の形態の）ＳｉＣ原材料１０６を収容する原材料区画１０４を有する。種結晶１０８が、ＳｉＣ原材料１０６からある距離でるつぼ１０２の上側に成長領域または成長区画１１０内で配置される。種結晶１０８は、るつぼ１０２の上部でそれぞれの放熱チャネル１１２を介して冷却される。種結晶１０８の温度は、放熱チャネル１１２にまたはその近くに位置する高温計などの適当な温度センサ（図示せず）によって監視され得る。好ましくは、るつぼ１０２は、黒鉛などの多孔質材料から作製され、それによって窒素などのガス状形態のドーピング成分、または不活性ガスが、多孔性によってるつぼ壁を通じて成長区画１１０の中に入ることを可能にする。ＳｉＣ原材料１０６を昇華させるのに必要な温度は、ＰＶＴ成長構造１００の外部に位置する誘導加熱手段または抵抗加熱手段を用いて熱を適用することによって実現される。好ましくは、るつぼ１０２は、例えば、少なくとも１．７５ｇ／ｃｍ^３の密度を有する電気的および熱的に伝導性の黒鉛るつぼ材料で作製される。ＰＶＴ成長構造１００は、放熱チャネル１１２を除いてほぼ全体的にるつぼ１０２を覆う１つまたは複数の断熱材層１１４も含む。断熱材層１１４は、るつぼの黒鉛材料の多孔性よりも高い多孔性を有する泡状黒鉛などの多孔性の断熱材料で作製され得る。この構成は、１つの単結晶ボウルを一度に成長させることを可能にする。

図２は、ＳｉＣなどの半導体材料の２つの単結晶ボウル（図示せず）を同時に成長させるために、ＰＶＴ成長構造２００の構成を示す。ＰＶＴ成長構造２００は、ＳｉＣ原材料２０６のための原材料区画２０４が上側成長区画２１０Ａおよび下側成長区画２１０Ｂにおけるるつぼ成長領域を分ける中央領域内に設けられているるつぼ２０２を備える。種結晶２０８Ａおよび２０８Ｂは、原材料区画２０４からある距離において、それぞれ別個の成長区画２１０Ａおよび２１０Ｂに配置されている。原材料２０６から昇華されたＳｉＣ蒸気を上側および下側の成長区画２１０Ａおよび２１０Ｂ内の種２０８Ａ、２０８Ｂに向かって輸送する温度勾配を作り出すために、各種結晶２０８Ａ、２０８Ｂは、それぞれの放熱チャネル２１２Ａ、２１２Ｂによって冷却される。このＰＶＴ成長構造２００は、同時に同じＳｉＣ原材料２０６から２つの単結晶ボウルを成長させることを可能にする。原材料区画２０４に対しての種２０８Ａ、２０８Ｂの相対的向きが与えられるならば、単結晶成長は、上側の成長区画２１０Ａにおいて上から下へ、および下側の成長区画２１０Ｂにおいて下から上へ、るつぼ２０２の縦軸２１６の方向に生じる。上側および下側の成長区画２１０Ａおよび２１０Ｂの各々は、ガス状のＳｉおよびＣを含有する成分だけが成長区画２１０Ａおよび２１０Ｂに入ることを確実にするために、ガス透過性多孔質障壁（図示せず）によってＳｉＣ原材料２０６から隔てられ得る。図１を参照して上述されたＰＶＴ成長構造１００と同様に、好ましくは、るつぼ２０２は、黒鉛などの多孔質材料から作製され、これを通じて上側および下側の成長区画２１０Ａ、２１０Ｂは、ドーピングガスまたは不活性ガスを受け入れる。加えて、ＰＶＴ成長構造２００は、放熱チャネル２１２Ａ、２１２Ｂを除いて、るつぼ２０２を覆う１つまたは複数の断熱材層２１４を含むことができる。

本発明の概念が適用できる「隔離された」反応炉の概念に基づく様々なタイプの従来のＰＶＴ成長システムが、図３～図５を参照して以下に説明される。図１～図２を参照して上述したＰＶＴ成長構造１００、２００のいずれか一方は、これらのＰＶＴ成長システムのいずれかに使用され得る。

図３は、内側チャンバ３０４を備えた単一の反応炉３０２を有する従来のＰＶＴ成長システム３００を示し、ここには３０６のようなＰＶＴ成長構造が、制御された温度条件および真空条件の下で単結晶を成長させるために置かれる。ＰＶＴ成長システム３００は、ＰＶＴ成長構造３０４の内側の原材料を適当な成長温度まで加熱するために、反応炉３０２のまわりに配置された誘導加熱システム３１０を備える。概して、誘導加熱システム３１０は、反応炉縦軸に沿って反応炉３１２の外側に巻かれるとともに制御された電流を誘導コイル３１２へ供給するＭＦジェネレータ／インバータ３１４に接続されている誘導コイル３１２として設けられる。この制御された誘導コイル３１２内の電流の流れは、ＰＶＴ成長構造３０４のるつぼの電導性の壁に電流の流れを誘起し、これによってるつぼの内側に配置された原材料を昇華させるのに十分な熱を発生させる。例えば、２０００℃を超える温度、特に約２２００℃の温度が、ＳｉＣ単結晶のＰＶＴ成長のために一般に使用される。誘導コイル３１２の高さは、ＰＶＴ成長構造３０４の内側に確立された原材料温度および温度勾配を微調整することを可能にするために調整可能であり得る。ＰＶＴ成長構造３０４の内側で到達した温度は、ＰＶＴ成長構造３０４の加熱チャネルの近くに位置する高温計または熱電対などの１つまたは複数の温度センサ３１６を用いて測定され得る。

ＰＶＴ成長システム３００は、場合によっては反応炉内側チャンバ３０４の内側で到達した圧力を測定するための圧力測定装置の組合せである、１つまたは複数の圧力測定システム３２０も備える。単結晶成長のために適切な雰囲気を作り出すために、ＰＶＴ成長システム３００は、１つまたは複数の真空／抽出ポンプ３３２（例えば、真空ポンプおよび／または高真空ポンプ）と、真空ポンプ３３２の吸引力を制御する調整可能な制御弁３３４とを有する真空ポンプシステム３３０を備える。加えて、ＰＶＴ成長システム３００は、単結晶成長のために適当なドーピングまたは不活性雰囲気を作り出すために、（ガス状の不活性元素およびドーピング元素、例えば、ＡｒおよびＮなどの）１つまたは複数のガス状化合物を反応炉内側チャンバ３０４へ供給するガス供給源３４０を含む。ガス供給源３４０は、現場に設けられた圧縮ガスシリンダまたは中央ガス供給源（図示せず）へのインタフェースであってもよい。反応炉３０２へのドーピングガスおよび不活性ガスの供給は、必要に応じて、１つまたは複数のＭＦＣによって個々に制御される。ＰＶＴ成長システム３００は、反応炉３０２内で発生する熱を放散させるために２つの同心のおよび内部水冷式のガラス管３５２、３５４として一般に設けられる水冷システム３５０も含む。

一般に、反応炉３０２および誘導加熱システム３１０は、電磁放射線を減少させるためにシールドまたはファラデーケージ３７０内に取り囲まれる。ＰＶＴ成長システム３００のさらなる構成要素は、反応炉３０２を封止する金属フランジを備え、高温計（図示せず）によって温度を測定するためのガラスインサートを含む。

ＰＶＴ成長システム３００の上記および他の制御可能なプロセスパラメータシステムは、システムコントローラ３８０によって制御され、システムコントローラ３８０は、成長プロセスパラメータを調整し、圧力、温度、誘導コイルの位置、冷却水温度等などの単結晶成長プロセスの全データを記録する。図３に示されたタイプのＰＶＴ成長システムの例示的な動作は、米国特許第８，８６５，３２４号明細書に十分に記載されており、したがって、本明細書では、これについて、さらに詳述されない。

図４は、ＰＶＴによって半導体結晶ボウルを成長させる別の従来のシステム３００’を示す。ＰＶＴ成長システム３００’は、それが単一のガラス管３５２’を有する反応炉３０２’を備えるという点で、図３に示されたＰＶＴシステム３００とは本質的に異なる。この場合には、反応炉３０２’からの熱の放散は、水冷によって実現されず、むしろ、制御されたやり方でガラス管３５２’の外縁のまわりを通過させられる空気の流れによって実現される。

図５は、上述した誘導加熱システム３１０の代わりに抵抗加熱システム３５０”を用いるＰＶＴ成長システム３００”の別の構成を示す。抵抗加熱システム３５０”は、反応炉３０２”の内側に装着された抵抗加熱要素３６２”、３６４”を備える。加熱用電流制御ユニット３６６”は、抵抗加熱要素３６２”、３６４”へ電流を供給して、制御されたやり方で反応炉内側チャンバ３０４”を加熱し、適当な成長温度を実現する。反応炉３０２”は、金属の壁３０６”で作製され、図３を参照して上述したもののように水冷システム３５０を備えてもよい。代替として、図４を参照して上述された空冷システムなどの空冷システムが、使用されてもよい。

上述したＰＶＴ結晶成長システムのさらなる組合せおよび変形例が知られているが、これは、単一の「隔離された」反応炉の概念に全て基づいており、関連した弱点および欠点を伴う。

次に、いくつかの反応炉を共通の真空システムに接続する共通の真空チャネルの概念に基づく、成長プロセスの開始時に全ての反応炉においてほぼ同じ真空条件を実現するとともに、単結晶の同時成長中に全ての反応炉において同じ気相条件を維持するよう中央制御されるＰＶＴ結晶成長システムを、図６から図１３を参照して説明する。

図６は、２つ以上の半導体単結晶を同時に成長させるために２つの反応炉６００Ａおよび６００Ｂであって、共通の真空チャネル６０５を介して互いに接続されている２つの反応炉６００Ａおよび６００Ｂを備えるＰＶＴ成長システム６００を示す。反応炉６００Ａ、６００Ｂは、単結晶の成長中に同じ気相組成（Ｎおよび／またはＡｒ）および圧力条件で動作させられるように同じタイプであることが好ましい。共通の真空チャネル６０５は、２つの反応炉６００Ａおよび６００Ｂを共通の真空ポンプシステム６３０に直列方式で接続し、それによって反応炉の１つは真空ポンプ６３２に直接接続され、これに対して、他の反応炉は共通の真空チャネル６０５を介して排気される。これは、ほぼ同じ気相組成（Ｎおよび／またはＡｒ）が成長プロセス中に反応炉６００Ａ、６００Ｂの両方内で実現および維持できることを確実にしつつ、同じポンプシステム６３０を用いて内側チャンバ６０４内に気相組成（Ｎおよび／またはＡｒ）を作り出して制御することを可能にする。反応炉内側チャンバ６０４内の真空条件および／または圧力は、真空ポンプ６３２により近い真空チャネル６０５の端部における真空ポンプ６３２と反応炉６００Ｂとの間に設けられた調整可能な制御弁６３４を介してシステムコントローラ６８０によって中央制御される。したがって、反応炉６００Ａ、６００Ｂの内側チャンバ６０４の内側の圧力は、「隔離された」反応炉の概念に基づく従来のＰＶＴ成長システムにおけるように反応炉ごとに別個の真空システムおよびコントローラを必要とすることなく、集中的なやり方で、同時に制御することができる。図６に示されるように、反応炉６００Ａおよび６００Ｂは、図３を参照して上述したＰＶＴ成長システム３００と同じタイプである。しかしながら、このタイプまたは他のタイプの上述したＰＶＴ成長システム３００’および３００”の反応炉などの２つ以上の反応炉が、本発明の利点を実現するために、図６に示したように、共通の真空チャネルを介して共通のポンプシステムに接続され得る。

ＰＶＴ成長システム６００は、それぞれの内側チャンバ６０４内で到達した圧力を示す測定を実行するために、反応炉６００Ａ、６００Ｂのうちの少なくとも１つに配置され得る１つまたは複数の圧力センサ６２２を有する圧力測定システム６２０も備える。単結晶成長のための適当なドーピングガスまたは不活性ガス雰囲気は、ガス供給源６４０からの個々のガス供給によって内側チャンバ６０４内のドーピング／不活性ガス雰囲気を形成するガス成分であって、専用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）６４２を介してシステムコントローラによって個々に制御されるガス成分を供給することによって各反応炉６００Ａ、６００Ｂの内側チャンバ内で実現される。圧力測定システム６２０は、圧力センサ６２２によって測定される圧力を監視し、真空ポンプシステム６３０の調整可能な制御弁６３４を制御して内側チャンバ６０４の内側の圧力を所定の成長圧力に調節するための真空制御パラメータを出力する。圧力測定システム６２０は、共通の真空チャネル６０５を介して接続された全ての内側チャンバ６０４にわたってほぼ同じ所定の気相条件（すなわち、ドーピング／不活性ガス雰囲気の圧力および組成）を実現して維持するように内側チャンバ６０４の中へのガス成分の供給を制御するＭＦＣ６４２のために、監視された圧力に基づいて気相制御パラメータも出力する。

図６の構成では、各反応炉６００Ａ、６００Ｂは、反応炉内側チャンバ６０４の内側に配置されたＰＶＴ成長構造（図示せず）を加熱する専用の加熱システム６１０を備え、これらは同じタイプのものである。加熱システム６１０は、両反応炉６００Ａ、６００Ｂにおいて必要な温度条件に個々に到達するように、反応炉６００Ａ、６００Ｂごとに個々の成長プロセスパラメータを用いて制御される。加熱システム６１０は、専用ＭＦジェネレータ６１４を介してシステムコントローラによって制御される加熱誘導コイル６１２を含む。内側チャンバ６０４内で到達した温度は、システムコントローラによって制御される適当な温度センサ６１６を用いて測定および監視することができる。加えて、反応炉６００Ａ、６００Ｂは、それぞれの反応炉６００Ａ、６００Ｂから放熱するために、システムコントローラによって個々に制御および／または監視されるそれぞれの冷却システム６５０を備える。冷却システム６５０は、図３を参照して説明した水冷システム３５０と同様であり得るとともに、反応炉６００Ａ、６００Ｂから適切な放熱を確実にするように個々に制御および／または監視され得る。

誘導加熱システム６１０、冷却システム６５０、および温度制御の動作は、図３を参照して上述した従来のＰＶＴ成長システム３００にあるのと本質的に同じであり、空間および機器費用を節約するために、個々にまたは共通のコントローラまたはＰＣを用いて制御することができる。しかしながら、成長した単結晶の最終特性の主要で重大な役割を果たす成長プロセスパラメータ、すなわちドーピング／不活性ガス相の圧力および組成は、同じシステムコントローラ６８０によって中央集中的なやり方で制御され、このコントローラ６８０は、圧力測定システム６２０による監視下で、共通の真空チャネル６０５に接続された単一の調整可能な制御弁６３４の制御によって内側チャンバ６０４の内側の圧力を適応調整するとともに、個々のＭＦＣ６４２の制御によってガス供給源６４０から内側チャンバ６０４の中に供給されるガス成分の量を適応調整する。これは、従来の「隔離された」反応炉の概念に基づくＰＶＴ成長システムと比較して、重大な成長プロセスパラメータのより良い制御および再現性を実現するのを可能にする。

加えて、各反応炉６００Ａ、６００Ｂは、移動可能な下部フランジを、すなわち、反応炉６００Ａ、６００Ｂの下側に有してもよく、真空チャネル６０５はやはりそこに接続され、これは、ＰＶＴ成長構造を除去するためにおよび／またはＰＶＴ成長構造をこの下側から内側チャンバ６０４に持ち込むために、それぞれの反応炉の内側チャンバ６０４の縦軸に沿って変位させられてもよい。結果として、ＰＶＴ成長構造は、容易に挿入することができるとともに、反応炉の内側チャンバ６０４から除去することができ、それによって、反応炉６００Ａ、６００Ｂの上側に概して設けられる、すなわち、真空チャネル６０５が接続されている箇所と反対側にある、ドーピング／不活性ガス供給部を解体する必要なく、成長プロセスの各実行後の複数の反応炉内のＰＶＴ成長構造の交換を容易にする。

各反応炉６００Ａ、６００Ｂへ供給されるドーピングガスまたは不活性ガスの量がほぼ同じであることを確実にするために、ＭＦＣ６４２の個々の制御による各反応炉６００Ａ、６００Ｂへ供給されるガスの個々の制御は、図７のＰＶＴ成長システム６００’に示されるように、共通のＭＦＣ６４２’によってなくされたり置き換えられたりしてもよい。図７を参照すると、ＰＶＴ成長システム６００’は、図６を参照して説明したものと本質的に同じ構成要素を有し、すなわち、それは、共通の真空チャネル６０５を介して共通の真空ポンプシステム６３０に接続された同じタイプの２つの反応炉６００Ａ、６００Ｂを備える。ＰＶＴ成長システム６００’の差は、単一のＭＦＣ６４２’の制御によって、ドーピングガスまたは不活性ガスが共通のガスダクト６４４’によって各反応炉６００Ａ、６００Ｂへ供給されることにある。好ましくは、共通のガスダクト６４４’は、共通の真空チャネル６０５が内側チャンバ６０４内で供給されたガスの分散を助けるために配置される側の反対側の反応炉６００Ａ、６００Ｂの側面に設けられる。加えて、内側チャンバ６０４内の圧力の測定は、反応炉６００Ａ、６００Ｂのただ一方に設けられた１つまたは複数の圧力センサ６２２’によって行われる。好ましくは、圧力センサ６２２’は、図７に示された構成における反応炉６００Ａに対応する、共通の真空経路６０５に沿って真空ポンプシステム６３０に直接接続された反応炉からより遠くにある反応炉での圧力を測定する。圧力センサ６２２’は、反応炉６００Ａの上側で圧力を測定するように設けられることが好ましい。代替の構成では、圧力センサ６２２’は、反応炉６００Ａの下側に設けることもできる。この構成では、ドーピングガスまたは不活性ガスの同じガス量が、同じＭＦＣ６４２’の制御によって全ての反応炉へ同時に供給され得、それによって、個々のＭＦＣからの応答のわずかな差による供給の差をなくし、成長プロセス制御を助ける。さらに、内側チャンバの内側の圧力の測定および監視は、精度を大きく損失することなく反応炉６００Ａまたは６００Ｂの１つだけに設けられた圧力センサによって実行することができ、空間および機器費用のさらなる節約を伴う。

図８は、２つの反応炉６００Ａ、６００Ｂが（パイプまたは管などの）共通の直線真空チャネル６０５を介して共通の真空ポンプ６３２に接続され、反応炉ごとの真空条件がシステムコントローラによって単一の調整可能な制御弁６３４を介して制御される、上述したＰＶＴ成長システム６００および６００’の共通の概念を示す概略図である。圧力測定システム６２０は、真空ポンプ６３２との直接接続からより遠くにある反応炉において到達した圧力を測定するために、調整可能な制御弁６２４に直接接続されている側とは反対側の共通のポンプチャネル６０５の側に位置する。真空ポンプ６３２に直接接続された反応炉６００Ｂが、共通の真空チャネル６０５に沿って分散した反応炉よりに迅速に所望の圧力を実現するので、そこで、接続された反応炉６００Ａ、６００Ｂの全てにわたって同じ真空条件に到達するときにだけ、成長プロセスが行われることが確実にされる。好ましい実施形態では、圧力測定システム６２０の圧力センサは、接続された反応炉６００Ａ、６００Ｂの下領域で共通の真空チャネル６０５に関する圧力測定を行うように配置されている。

図９は、互いに接続されるとともに、同じ直線真空チャネル６０５を介して真空ポンプ６３２に接続される３つの反応炉６００Ａ、６００Ｂ、および６００Ｃに図８の同じ概念を適用するＰＶＴ成長システムの概略図である。全ての反応炉６００Ａ、６００Ｂ、および６００Ｃが共通の真空ポンプシステムによって制御されることの真空条件の利点に加えて、ドーピング／不活性ガス供給源、ならびに全ての反応炉に共通の圧力測定システムの共通の供給および制御の利点は、３つ以上の反応炉を有するＰＶＴ成長構造に適用することもできる。

図１０は、互いに接続されるとともに、同じ直線真空チャネル６０５を介して真空ポンプ６３２に接続され、３つの個々のＭＦジェネレータ６１４が共通のハウジング内に設けられ、これによりスペースおよび費用の観点でさらなる節約を可能にする、３つの反応炉６００Ａ、６００Ｂ、および６００Ｃに、図９の同じ概念を適用するＰＶＴ成長システムの概略図である。

図１１は、互いに接続されるとともに、同じ直線真空チャネル６０５’を介して真空ポンプ６３２に接続されるＮ個の反応炉６００Ａから６００Ｎに図９の同じ概念を適用するＰＶＴ成長システムの概略図である。この場合、共通の真空チャネル６０５は、複数の真空管によって形成されてもよく、それぞれは、Ｎ個の反応炉の内側チャンバが真空ポンプシステム６３０に直列式で接続されるようにＮ個の反応炉のいずれか２つの間に設けられる。

図１２は、互いに接続されるとともに、リング形の真空チャネル６０５’を介して真空ポンプ６３２に接続されるＮ個の反応炉６００Ａから６００Ｎに図９の同じ概念を適用するＰＶＴ成長システムの概略図である。上述した構成と同様に、圧力測定システム６３０（または圧力センサ）は、圧力測定が各反応炉６００Ａから６００Ｎの内側で到達した真空条件をより正確に反映することを確実にするように、真空ポンプシステム６３０が接続される側と反対側にある共通の真空チャネル６０５’の側に位置する。

図１３は、互いに接続されるとともに、Ｕ形の真空チャネル６０５”を介して真空ポンプ６３２に接続されるＮ個の反応炉６００Ａから６００Ｎに図９の同じ概念を適用するＰＶＴ成長システムの概略図である。この構成では、圧力測定システム６３０（または圧力センサ）は、真空ポンプ６３２が接続される共通の真空チャネル６０５”の同じ側に設けられる。それにもかかわらず、真空チャネル６０５”との反応炉６００Ａ、６００Ｂ、…６００Ｎの直列接続により、圧力測定は、真空チャネル６０５”に沿って真空ポンプ６３２との接続から最も遠い反応炉（すなわち、反応炉６００Ｎ）でやはり行われる。

図１１～１３に示されたＰＶＴ成長システムにおける共通の真空チャネルによって接続された反応炉の個数Ｎは、２から２０の間の、より好ましくは６から１０の間の任意の整数として選択することができる。接続された反応炉の個数に関するそのような制限は、大部分の用途に受け入れられる時間内に成長プロセスに適した真空条件に到達することを可能にしつつ、真空ポンプシステム６３０の排気能力に高い需要を負わせるのを防ぐことが望ましいものであり得る。したがって、「隔離された」反応炉の概念に基づく従来のＰＶＴ成長システムに使用される真空ポンプシステムのいずれかは、本発明のＰＶＴ成長システムにおける真空ポンプシステム６３０として有利に用いることができる。

他方では、共通の真空チャネルに接続された反応炉の個数Ｎは、固定される必要はなく、共通の真空チャネルへの追加の反応炉または不要な反応炉の真空接続を単に追加または除去することによって必要に応じて簡単に増減されてもよい。

図９～図１３を参照して上述した実施形態では、好ましくは、接続された反応炉の内側チャンバの圧力は、接続された反応炉６００Ａから６００Ｃの下領域で共通の真空チャネル６０５で測定および／または監視される。

したがって、本発明は、２つ以上の反応炉が共通の真空チャネルによって接続されるとともにほぼ同じ成長条件に到達するように集中的なやり方で制御される２つ以上の半導体単結晶ボウルを同時に製造するＰＶＴ成長システムの新規の概念を提供する。共通の真空チャネルを介した反応炉と同じポンプシステムの接続は、成長プロセスの開始前に接続された反応炉の全てにおいてほぼ同じ真空条件に到達することを確実にするとともに、成長プロセス中に内側チャンバ内の不活性気相および／またはドーピング気相の適当な所定の条件（すなわち、気相圧力および／または組成）を実現および維持することを可能にする。加えて、本発明のＰＶＴ成長システムは、ドーピングガスまたは不活性ガスを反応チャンバに送り込む共通のガス供給源を備えることもできるので、接続された反応炉の全てにわたる成長チャンバ内でガス状化合物の同じ組成を実現および維持することがより容易である。例えば、半導体単結晶ボウルは、とても類似したドーピングレベルで同時に製造することができ、これは、半導体特性の抵抗性に大きい影響を与える。

したがって、本発明は、「隔離された」反応炉の概念に基づいたＰＶＴ成長システムにおいて製造された半導体単結晶との比較で、均質な高品質を有する半導体単結晶の生産率を向上させることを可能にし、それによって廃棄による損失を減少させる。本発明の上記の利点は、いくつかの反応炉が、全ての接続された反応炉に共通である単一の真空システム、ガス供給システム、およびシステムコントローラを用いて同時に制御することができるとともに、スペースを節約した構成にあり得るので、コストおよびスペースの観点での影響も与える。

上記の例示的な実施形態のいくつかの特徴は、「上部」、「下部」、「下」、および「上」などの用語を用いて設目されたが、これらの用語は、それぞれの特徴およびＰＶＴ成長システム内のその相対的向きを説明するのを容易にするために使用されるものにすぎず、特許請求される発明または特定の空間向きへの構成要素のいずれかを限定と解釈されるべきではない。

１００、２００ ＰＶＴ成長構造
１０２、２０２ るつぼ
１０４、２０４ 原材料区画
１０６、２０６ 原材料
１０８、２０８Ａ、２０８Ｂ 種結晶
１１０、２１０Ａ、２１０Ｂ 成長区画
１１２、２１２Ａ、２１２Ｂ 放熱チャネル
１１４、２１４ 断熱材層
１１６、２１６ 縦軸
３００、３００’、３００’’ ＰＶＴ成長システム
３０２、３０２’、３０２’’、６０２ 反応炉
３０４、３０４’、３０４’’、６０４ 内側チャンバ
３０６’’ 反応炉金属壁
３１０、６１０ 誘導加熱システム
３１２、６１２ 誘導コイル
３１４、６１４ ＭＦジェネレータ／インバータ
３１６、６１６ 温度センサ
３２０、６２０、６２０’ 圧力測定システム
６２２、６２２’ 圧力センサ
３３０、６３０ 真空ポンプシステム
３３２、６３２ 真空ポンプ
３３４、６３４ 調整可能な制御弁
３４０、６４０ ガス供給源
３４２、６４２、６４２’ ＭＦＣ（マスフローコントローラ）
３５０、６５０ 水冷システム
３５２、３５４、３５２”、３５４” 同心のガラス管
３５６” 電流制御ユニット
３６０’’ 抵抗加熱システム
３６２’’、３６４’’ 抵抗要素
３６６’’ 加熱用電流制御ユニット
３７０、６７０ シールド
３８０、６８０ システムコントローラ
６４４’ 共通のガス供給ダクト
６００ ＰＶＴ成長システム
６００Ａ、６００Ｂ、６００Ｃ 反応炉
６０４ 内側チャンバ
６０５、６０５’、６０５’’ 共通の真空チャネル

Claims (15)

1. 物理的気相輸送（ＰＶＴ）によって半導体材料の２つ以上の単結晶を同時に製造するシステムであって、
   各反応炉が単一半導体結晶の成長のためのＰＶＴ成長構造を収容するようになされた内側チャンバを有する、複数の反応炉を備え、
   前記複数の反応炉のうちの２つ以上の反応炉は、共通の真空チャネルによって互いに接続されるようになされ、前記２つ以上の反応炉は、前記共通の真空チャネルに直列に接続されるように適合されており、
   前記共通の真空チャネルは、接続された前記２つ以上の反応炉の前記内側チャンバ内の共通の気相条件を生成および／または制御するための真空ポンプシステムに接続可能であり、
   ここにおいて、前記共通の真空チャネルは、前記２つ以上の反応炉を前記共通の真空ポンプシステムに直列に接続するように適合された複数の管を含むことにより、前記２つ以上の反応炉のうちの１つは前記真空ポンプシステムに直接接続される一方で、前記２つ以上の反応炉のうちの他の反応炉は、前記共通の真空チャネルを介して排気される、
   システム。
2. それぞれの前記内側チャンバにおいて到達した前記気相条件の圧力を示す測定を行うように前記共通の真空チャネルを介して接続された前記２つ以上の反応炉のうちの少なくとも１つに配置された１つまたは複数の圧力センサを備える圧力測定システムをさらに備え、
   前記圧力測定システムは、前記圧力測定を監視し、前記真空ポンプシステムを制御するための真空制御パラメータ、およびガス供給システムを制御するための気相制御パラメータを出力して、全ての接続された内側チャンバ内でほぼ同じ所定の気相条件に到達し維持するように前記内側チャンバ内に前記気相を形成するガス成分を供給するようになされており、
   前記気相条件は、前記気相の圧力および／または組成を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記１つまたは複数の圧力センサは、前記共通の真空チャネルに沿って前記真空ポンプシステムとの接続からより離れている接続された前記２つ以上の反応炉のうちの一の反応炉における前記気相条件の前記圧力を示す圧力測定を実行するようになされており、および／または
   前記１つまたは複数の圧力センサは、接続された前記２つ以上の反応炉の下領域に関して接続された前記２つ以上の反応炉の内側チャンバのそれぞれに到達する前記気相条件の前記圧力を示す前記圧力測定を実行するようになされている、請求項２に記載のシステム。
4. 前記複数の反応炉におけるＰＶＴ成長プロセスのパラメータを制御するようになされているシステムコントローラをさらに備え、
   前記ＰＶＴ成長プロセスパラメータは、前記反応炉の前記内側チャンバの内側の圧力、成長温度、および前記気相を形成する前記内側チャンバへのドーピングガスおよび／または不活性ガスのガス供給のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 前記ＰＶＴ成長構造は、原材料から少なくとも１つの単結晶を成長させるために、前記原材料および少なくとも１つの結晶種を収容する原材料区画を含み、
   前記原材料は、少なくとも炭化けい素、４Ｈ－ＳｉＣ、およびＩＩＩ～Ｖ族元素の半導体を含む群の半導体材料である、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記複数の反応炉のうちの少なくとも１つは、下側から前記内側チャンバの中に前記ＰＶＴ成長構造をもたらすために、それぞれの前記反応炉の縦軸に対して変位させられるようになされている移動可能な下部フランジを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 各前記複数の反応炉は、前記反応炉の内側に配置された前記ＰＶＴ成長構造を加熱するようになされた加熱システムと、前記反応炉から熱を放散するようになされている冷却システムとを備え、
   前記加熱システムは、誘導加熱システムおよび抵抗加熱システムのうちの一方であり、
   前記冷却システムは、水冷システムと空冷システムのうちの一方またはその組合せである、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 接続された前記２つ以上の反応炉は、前記共通の真空チャネルがＵ形およびリング形のうちの１つを有するように配置される、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
9. 物理的気相輸送（ＰＶＴ）によって半導体材料の２つ以上の単結晶を同時に製造する方法であって、
   各反応炉が単一半導体結晶の成長のためのＰＶＴ成長構造を収容するようになされた内側チャンバを有する２つ以上の反応炉を共通の真空チャネルを介して真空ポンプシステムへ接続するステップであって、前記２つ以上の反応炉は前記共通の真空チャネルへ直列に接続されているステップと、
   前記真空ポンプシステムを用いて、接続された前記２つ以上の反応炉の前記内側チャンバ内の共通の気相条件を生成および／または制御するステップとを含み、
   ここにおいて、前記共通の真空チャネルは、前記２つ以上の反応炉を前記共通の真空ポンプシステムに直列に接続するように適合された複数の管を含むことにより、前記２つ以上の反応炉のうちの１つは前記真空ポンプシステムに直接接続される一方で、前記２つ以上の反応炉のうちの他の反応炉は、前記共通の真空チャネルを介して排気される、
   方法。
10. 接続された前記２つ以上の反応炉のうちの少なくとも１つに配置された１つまたは複数の圧力センサを用いて、接続された前記２つ以上の反応炉の前記内側チャンバにおいて到達した前記気相条件の圧力を示す測定を実行するステップと、
    前記圧力測定を監視し、前記真空ポンプシステムを制御するための真空制御パラメータを出力し、ガス供給システムを制御するための気相制御パラメータを出力して、全ての接続された内側チャンバ内でほぼ同じ所定の気相条件に到達し維持するように前記内側チャンバ内に前記気相を形成するガス成分を供給するステップとをさらに含み、
    前記気相条件は、前記気相の圧力および／または組成を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記共通の真空チャネルに沿って前記真空ポンプシステムとの接続からより離れている接続された前記２つ以上の反応炉のうちの一の反応炉における前記気相条件の圧力を示す前記測定が、実行され、および／または
    前記気相圧力を示す前記圧力測定が、接続された前記２つ以上の反応炉の下領域に関する前記共通の真空チャネルに関して実行される、請求項１０に記載の方法。
12. 共通のシステムコントローラを使用して前記２つ以上の反応炉におけるＰＶＴ成長プロセスのパラメータを制御するステップをさらに含み、
    前記ＰＶＴ成長プロセスパラメータは、前記反応炉の前記内側チャンバの内側の圧力、成長温度、および前記気相を形成する前記内側チャンバへのドーピングガスおよび／または不活性ガスのガス供給のうちの少なくとも１つを含み、ならびに／あるいは
    前記ＰＶＴ成長構造は、原材料から少なくとも１つの単結晶を成長させるために、前記原材料および少なくとも１つの結晶種を収容する原材料区画を含み、
    前記原材料は、少なくとも炭化けい素、４Ｈ－ＳｉＣ、およびＩＩＩ～Ｖ族元素の半導体を含む群の半導体材料である、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 下側から前記内側チャンバの中に前記ＰＶＴ成長構造をもたらすためにそれぞれの前記反応炉の縦軸に対して前記２つ以上の反応炉のうちの少なくとも１つの移動可能な下部フランジを変位させるステップをさらに含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 各反応炉に配置された前記ＰＶＴ成長構造をそれぞれの前記反応炉に関連した加熱システムで加熱するステップと、
    それぞれの前記反応炉に関連した冷却システムを用いて各反応炉から熱を放散するステップとをさらに含み、
    前記加熱システムは、誘導加熱システムおよび抵抗加熱システムのうちの一方であり、
    前記冷却システムは、水冷システムと空冷システムのうちの一方またはその組合せである、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 接続された前記２つ以上の反応炉は、前記共通の真空チャネルがＵ形およびリング形のうちの１つを有するように配置される、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
    

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