公开了关于单晶锗（Ｇｅ）生长的系统、方法和衬底。在一个示例性实施方案中，提供了一种生长单晶锗（Ｇｅ）晶体的方法。此外，所述方法可包括将第一Ｇｅ原料装入一个坩埚中，将第二Ｇｅ原料装入一个用以补充Ｇｅ熔体材料的容器中，将所述坩埚和容器密封在所述安瓿内，将带有坩埚的安瓿放入一个晶体生长熔炉中，以及熔化第一Ｇｅ原料和第二Ｇｅ原料，并控制熔体的结晶温度梯度以可重复地提供具有改进／所需性能的单晶锗晶锭。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及单晶锗(Ge)晶体的生长及其相关的系统、方法和衬底。
技术介绍
电装置及光电装置制造商通常需要尺寸较大且电性能均勻的半导体单晶，所述单晶在切片和抛光后，作为生产微电装置的衬底。半导体晶体的生长包括将多晶原料加热至其熔点(通常超过1，200°C )从而产生一种多晶原料熔体，使该熔体与该材料的高品质籽晶接触，以及使该熔体在其与所述籽晶的接触面上进行结晶。用于完成此目的多种不同的方法均是文献中已知的。所述方法包括提拉(Czochralski，Cz)法及其变型、液封直拉(Liquid Encapsulated Czochralski, LEC)法、水平布里奇曼和坩埚下降(Horizontal Bridgman and Bridgman-Stockbarger, HB)法及其垂直变型(VB)，以及梯度冷凝(gradient freeze，GF)法及其变型、垂直梯度冷凝(VGF)法。参见，例如“Bulk Crystal Growth of Electronic,Optical and Optoelectronic Materials", P. Clapper,Ed. ,John Wiley and Sons Ltd, Chichester, England，2005，其中对这些技术及它们在多种材料的生长中的应用进行了广泛论述。关于已知的方法，商业上已通过使用提拉技术生产出直径为150mm(6英寸)的低位错锗单晶。已对更大直径的晶片进行了论述，但尚未证实(Vanhellemont and Simoen, J. Electrochemical Society，154 (7) H572-H583 (2007))。此外，直径为 100mm(4 英寸) 的锗单晶已由VGF和VB技术生长出来，如文献(Ch. Frank-Rotsch, et al.，J. Crystal Growth (2008)，doi 10. 1016，J. Crys Growth 2007. 12. 020)中所述。如文献中报道的许多研究所表明，同Cz/LEC技术相比，VB/VGF生长技术一般是利用较低的热梯度和较低的生长速率，由此生产出具有低得多的位错密度的单晶(参见 A.S.Jordan et al. ,J. Cryst. Growth 128 (1993) 444-450，2)，Μ. Jurisch et al. ,J. Cryst. Growth 275(2005)283-291 禾口 S. Kawarabayashi，6th Intl. Conf. on InP and Related Materials (1994)，227-230)。因此，在某些应用中，可优选VB/VGF方法来生长大直径、低位错密度(或无位错)的锗。在商业单晶生长操作中，晶锭(ingot)以可能的最低成本生长和晶锭切片的高产出是追求的目标，即由单一晶棒上切出尽可能多的晶片。因而，如果希望在方法采用的其他限制条件下生长出可能的较长的晶锭，则通常需要使用一个大尺寸坩埚。通常，由于待装的多晶块料一般形状不等，原料之间余留的不含材料的空隙很大，填充系数很低。当所述装添料熔化后，熔体仅填充部分坩埚。考虑到熔体的体积需要和现有坩埚的结构，用附加的材料来补充熔体是整个生长方法的重要步骤，也是一个复杂的步骤。对于某些材料例如锗尤其如此与Si (热导率和密度分别为1. SSSffcm-10C 1和2. 3332gcnT3)相比，锗具有更低的热导率(0. SSffcm-10C ―1)和更高的密度(5. 32gcm_3)，因而受到特别的方法限制。已知在晶体生长中补充熔体已有几种尚未成熟的方式。例如在硅生长系统中，将多晶块料加至用于生长单晶Si的Si熔体中的方式，以及在系统中，将原料装入Cz法生长单晶的坩埚中的方式。类似这些的技术均可实行，因为Cz (或LEC)系统为开放系统，而且相对容易给坩埚添料。但是，对于坩埚被封装在安瓿中的VGF和VB技术，所述方法则不能使用。此外，对于特殊掺杂的锗单晶生长的特殊要求，也可限制上述方法的使用。例如如果使用砷(As)作为掺杂剂，则由于砷具有高蒸气压和毒性使这种锗单晶的掺砷方法受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的系统、方法和衬底涉及单晶锗(Ge)晶体的生长。在一个示例性实施方案中，提供了一种生长单晶锗(Ge)晶体的方法。此外，该方法可包括将第一 Ge原料装入一个坩埚中，将第二 Ge原料装入一个用以补充Ge熔体材料的容器中，将所述坩埚和容器密封在一个安瓿内，将装有所述坩埚的安瓿放入一个晶体生长熔炉中，除了控制第一和第二 Ge原料的熔化外，还控制熔体的结晶温度梯度，从而可重复地提供具有所需晶体性能的单晶锗晶锭。应理解的是，上文的一般描述和下文的详细描述仅为示例性和说明性的，而不限制本专利技术，如上所述。除本文给出的特征和/或变型之外，还可提供其他特征和/或变型。 例如，本专利技术可涉及所公开特征的多种结合和亚结合和/或在下文的详细描述中公开的几种其他特征的结合和亚结合。附图说明附图构成本说明书的一部分，其说明本专利技术的多个实施方式和多个方面，并连同描述一起解释本专利技术的原理。在附图中图1A-1D为说明有关本专利技术某些方面的一个示例性晶体生长过程的单晶锗晶体生长装置的纵向横切面示图。图2为展示有关本专利技术某些方面的使用装载原料的pBN(热解氮化硼)容器进行晶体生长的一个示例性状态示图。图3为符合有关本专利技术某些方面的所生长的直径150mm的锗晶锭头部的EPD(腐蚀坑密度)图(57点EPD，平均EPD 186)的一个实例。图4为符合有关本专利技术某些方面的所生长的直径150mm的锗晶棒尾部的EPD图 (57点EPD，平均EPD 270)的一个实例。图5为展示符合有关本专利技术某些方面的晶体生长的一个示例性方法的流程图。 具体实施例方式现将详细描述本专利技术，其实例在附图中有示例说明。以下说明书中给出的实施方式不代表符合所保护的本专利技术的所有实施方式。而是，它们仅是符合有关本专利技术某些方面的一些实例。只要可能，整个附图中使用相同的附图标记指代相同或相似的部分。本专利技术的一些方面特别适合用于生长直径为150mm(6英寸)的锗晶锭晶体的装置和方法，在本文中对所述装置和方法进行了描述。然而应理解，本专利技术的一些方面具有更大的用处，例如可使用相关的装置和方法来生产直径为50mm(2英寸)以上的锗(Ge)晶锭，例如直径为IOOmm (4英寸)和200mm (8英寸)的晶锭。与图IA-图2 —致，提供了用于生长单晶锗(Ge)晶体的系统和方法，其中一旦初始原料装添料已经熔化——但在晶体生长开始之前一一即可将附加的原料熔体添至坩埚中(例如，以VGF和/或VS方法等进行)，从而使单晶晶锭生长得更长。此外，该方法可包括首先将第一 Ge原料装入一个坩埚中，所述坩埚包括一个存放籽晶的籽晶井，将第二 Ge 原料装入一个用以补充Ge熔体材料的容器中，将所述坩埚和容器密封在一个安瓿内，然后将带有坩埚的安瓿放入一个具有支撑所述安瓿的可移动安瓿支座的晶体生长熔炉中。另外，示例性的实施方案可包括熔化坩埚中的第一 Ge原料以生成一种熔体，熔化容器中的第二 Ge原料，以及将熔化的第二 Ge原料添至所述熔体中。其它示例性的实本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种生长单晶锗（Ｇｅ）晶体的方法，所述方法包括：将第一Ｇｅ原料装入一个坩埚中，所述坩埚包括一个存放籽晶的籽晶井；将第二Ｇｅ原料装入一个用以补充原料的、待置于安瓿内的容器中；将所述坩埚和容器密封在所述安瓿内；将其中带有所述坩埚和所述容器的所述安瓿放入一个具有支撑所述安瓿的可移动安瓿支座的晶体生长熔炉中；熔化坩埚中的第一Ｇｅ原料以生成一种熔体；熔化所述容器中的第二Ｇｅ原料，并将熔化的第二Ｇｅ原料添至所述熔体中；控制熔体的结晶温度梯度，使熔体与籽晶接触时结晶并形成单晶锗晶锭；以及冷却单晶锗晶锭。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫国，
申请(专利权)人：AXT公司，
类型：发明
国别省市：US
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