TW201009139A - Direct silicon or reactive metal casting - Google Patents

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201009139 六、發明說明： 相關申請案之交互參照 本申睛案主張2008年5月23日申請之美國臨時申請 案第61/128,847號以及2GG9年2 g 11日中請之美國專利 申請案第12/378,243號之優先權權利，以上兩案的全部皆 以引用的方式併入本文中。 【發明所屬之技術領域】 本揭示係關於用來處理含矽材料或反應性金屬材料的 方法、裝置和系統，和關於用來將矽或反應性金屬鑄造成 鑄塊或晶圓的方法' 裝置和系統。 【先前技術】 超純或電子級矽對半導體（sc)和光電伏打（pv)工業來 說都是關鍵原料。雖然對特定pv應用而言存在替代方案， 但是在近期和可預見的未來，多晶矽仍將是較佳的原料。 因此，改良製造多晶矽的可利用性和經濟將增加兩個工業 增長的機會。 大多數的多晶矽係藉由一般被稱作西門子熱線法製 ^其以矽烷或二氣矽烷（TCS)作為含矽氣體（SBG)的來 源。通常與其他惰性或反應氣體混合的SBG係經高温分解 而沉積於加熱矽絲上。另一個方法是在流體化床中SBG的 间/皿刀解。由於顯著較低的能量消耗以及連續製造的可 能，此為在PV和半導體工業中製造多晶矽之具有吸引力的 替代方案。此等優勢起源於極佳的質傳和熱傳以及增加的 沉積表面。與西門子型反應器比較，流體化床反應器以一 201009139 丨^ H $消耗提供快很多的製造速率。流體化床反應 益也將更加連續及高度自動化以同樣地顯著地降低人工成 本。 在西門子法或流體化床反應器程序中作為SBG的石夕院 或^級料對TCS具有不利條件，因為除了（不勻相）多晶 夕，儿積之外，SBG可經受（勻相）氣相分解成為粉末粒子。發 生分解的溫度稱為臨界成核溫度（CNt)<>cnt依sbg物種、 SBG分壓、總壓和惰性稀釋氣體的類型而定。一里達到 β CNT ’粒子濃度將在卜代的範圍内增加ι〇4 ι〇6倍。晶核 矽粉粒子尺寸依滯留時間而定典型為Ι-lOOnm且可為非晶 形或晶形。在兩者中，在這些粒子表面上存在中等濃度的 未鍵、π電子，使得粒子谷易黏聚成為較大粒子。依不同情 況而定，這種粉末可為從非單核粒子、微米_尺寸之圓黏聚 物到延伸到數個100微米的大粒子中的任一者。 這些粉末粒子（亦被稱為矽細料）在西門子法中被認為 ©是污染物，如果多晶矽隨後是被用來生長無差排單晶， 其在半導體工業中。因此，在使用矽烷或高級矽烷作為SBG 的西門子法中，使反應器壁保持冷卻，施用熱泳法將粉末 粒子從製造粉末粒子之靠近熱棒的區域朝沉積粉末粒子之 冷卻反應器壁驅動。將粉末從氣相移除降低了污染石夕棒的 可能。 在流體化床反應器程序中，粉末可附著到顆粒上且併 入粒子中’因此促成粒狀總體生長。然而，一大部分的粉 末將會被廢氣載送離開流體床反應器。在製造粒狀石夕的流 201009139 體化床反應器程序中 促成粒狀材料。 視該精細矽粉為製造損失因為其不 矽：亦可在其他SBG沉積程序中製造，例如，有意地 在：由工間反應器中或非故意地在基板上薄膜沉積的化學 落乱礼積（CVD)反應器中。另―㈣粉的來源切鎢塊的研 磨或切削。製造速率和矽的品質依程序而定變化报大。 ，以上述的程序製造的粉末目前難以回收，因為粉末是 疏鬆、低密度、高表面積的產物，容易受空浮物質污染。 此外’石夕粉係典型土也以廢棄物處理或係以極低的報價進入 矽零售市場。 以數個步驟從超純或高級的多晶形（p〇lycrysta出ne)矽 (多晶矽（polysilicon))製造多結晶體（multicrystalline) pv 電 池或sc晶圓。Si〇2或石英係經開採然後在大爐中還原成純 度97至99%的冶金級矽。將冶金級矽轉換成含矽氣體其 隨後進一步藉由蒸餾而純化。經由西門子法或流體化床反 應器程序，將含矽氣體分解以製造多晶矽。將藉由西門子 法或流體化床反應器程序製造的材料接著再融熔，和以柴 氏法（用於製造單晶）或布里奇曼_斯托克巴杰法（用於製造多 結晶體）結晶以製造晶形矽鑄塊。然後將鑄塊切削成具有所 欲晶圓尺寸的磚。接著，從該磚中切削出矽晶圓。此程序 示意地展示於圖8A。 【發明内容】 本文揭示用於熱處理含矽材料或反應性金屬的方法以 將此材料轉變成更有用的產物形式。舉例而言，所揭示的 201009139 方法將矽粉從低級、鬆散、高表面積的產物升級成適合加 工成太陽能電池的矽前驅形狀。在熱處理程序期間避免污 染對於獲得純，尤其超純，產物是重要的。一種污染來源 是構成反應器系統的結構元件的材料。根據本文所揭示的 裝置、系統和方法，包含固態矽或固態反應性金屬的凝殼 層係形成在反應器内表面的至少一部分之上。固態凝殼層 防止饋料和產物與反應器系統的表面接觸，因此避免或儘

量減少污染。凝殼層亦提供可防止反應器壁的元素移動進 入所產生的石夕產物中之擴散障壁。 根據一個具體實例，本文揭示一種用來製造矽或反應 性金屬的方法，其包含： 將含矽進料或反應性金屬進料引進反應器室，其中該 反應器室包括具有⑴面向反應空間的内部表面及反向的 外部表面之反應器腔壁； 在反應空間内產生足以產生液態矽產物或液態反應性 金屬產物的第一熱能； 在反應器腔壁外部產生第二熱能使得來自第二熱能的 熱流對反應器腔壁的外部表面產生起初影響；及 藉由控制第一熱能源和第二熱能源，建立在高於或低 於石夕或反應性金屬的熔點温度的溫度範圍内之内部表面壁 溫。 、在進一步的具體實例中，揭示一種用來製造矽的方 法’其包含： 將石夕粉引進反應器室，其中該反應器室包括具有⑴面 201009139 向反應空間的内部表面及（ii)反向的外部表面之反應器腔 壁； ’ 在反應器空間内產生電漿； 藉由使矽粉經由電漿經受比矽粉的熔點更高的溫度， 其中該融熔程序製造液態矽； 使反應器腔壁的内部表面維持在低於矽粉熔點的平衡 溫度且同時使矽粉熱融熔；及 在液態矽離開反應器室後使之固化。 額外揭示的具體實例係關於一種用來製造固態多結晶 體矽的方法，其包含： 將含矽氣體引進反應器室，其中該反應器室包括具有⑴ 面向反應空間的内部表面及（ii)反向的外部表面之反應器腔 壁，以及產物出口； 在反應器空間内產生電漿； 藉由使含矽氣體經受足以製造液態矽的溫度使含矽氣 體熱分解； 使反應器腔壁的内部表面維持在低於矽熔點的平衡溫 度且同時使含矽氣體熱分解；及 將液態矽從產物出口直接引進用來將液態矽鑄造成固 態多結晶體矽鑄塊或晶圓的模組中。 本文亦揭示一種反應器系統，其包含： 含矽原料或一種反應性金屬原料； 反應室’其包括界定腔反應空間的反應器腔壁且包括（i) 面向反應空間的内部表面及（ii)反向的外部表面； 201009139 與反應室偶合的電漿能源’且其、經配置以在腔反應空 間内產生熱能； 外部熱能源經配置使反應器腔壁外部表面經受加熱且 該外部熱能源位於反應器室之外；及 產物出口，其經配置用來將液態矽或液態反應性金屬 從反應室抽出。 從接下來的詳細敘述（參考伴隨的圖示以繼續）以上所 載將變得更明顯。 鲁

【實施方式】 一 及‘該’’等單數術語包括其複數指示對象除非 上下文有清楚的相反指示。“包含”一字指示“包括，，。 除非有相反指示，組份之化學命名的敘述涉及在添加至任 何在敘述中清楚指明之組合時的組份，但是不必然排除在 混合物的組份間（一旦經混合）的化學交互作用。任何本文所 载之數值包括以一個單位的增量從低值到高值中所有的 值，倘若在任何低值和高值之間有至少兩個單位的分隔。 作為-個料，如果m份的量或料變數的值係從i 到9〇,較佳從20到80,更佳從3〇到7〇,則其意為諸如 15到85、22到68、43到51、30到32等之值，明確地列 舉於本說明書中。對於小於—個單位差距的值，將^、 0.01、0.001、或0.0001視為合適的一個單位。因此在本文 :列舉之在最低值和最高值之間所有數值的可能組合被認 為明確地載於本申請案中。 如用於本文中 多結晶體” (multicrystalline)石夕代表 201009139 一種與多晶形’’（polycrystalline)矽（多晶形矽亦被稱為 - “多晶矽”）的微結構相比不同的微結構。多晶形矽微釺構 是得自上述西門子法或流體化床反應器程序的產物。多⑤ 形矽疋在常見的布里奇曼-斯托克巴杰法中製造多結晶體矽 鑄塊或在常見的柴氏法中製造單晶矽鑄塊的原料。多結晶 體石夕結構係得自液態矽的方向性凝固。一般， ° 夕日日形 石夕的微結構由個別小微晶組成且通常得自從來自氣相的妙 層生長。多結晶體矽由在一個方向上排列的較大晶體組成 且該晶體係當融熔量的矽在一維溫度梯度下固化時而達 ❹ 成。 根據目前揭示的直接鑄造方法，可將液態矽直接轉換 成具有如完成的矽晶圓相同厚度的矽薄膜。該方法將液態 矽的超純或高級流（例如，電子級或太陽能級）直接饋入铸造 單；，於其中矽被固化。在目前揭示的方法中，將含矽氣 體在整合在一個單一製造單元或模組内的單一程序中轉換 成固態矽晶圓或鑄塊（經由液態矽）。舉例而言，該完整程序 可在一個單一氣密封圍阻室（見圖3)内執行。圖8Β描繪目 ❹ 月1J揭示的方法如何避免先前技術方法之數個步驟之示意展 不圊。所揭示的方法避免矽的再融熔（再融熔無可避免的造 成污染）’其意義為節省每公斤矽8到25千瓦的能源。所揭 不用來直接鱗造晶圓的方法避免鋸晶圓所造成的材料損失 而且降低製造晶圓所需的能量。舉例而言，在常見的晶圓 切削程序中高達約的6〇%多結晶體矽鑄塊損失成為廢料。 本文所揭示的反應器系統係經熱設計而得以在反應器 10 201009139 參 腔壁，内部表面上維持實質上固態之石夕或反應性金屬進料 的凝殼層。再者，該系統的熱設計使得可以更精確的控制 凝殼層的厚度。該凝殼層可僅覆蓋内部壁表面的_部分或 可覆蓋内$表面的整個表面積。在反應器腔壁的内部表面 上形成固態凝殼層保護腔壁構造材料以免受液態矽或液態 反應性金属的腐钮攻擊。換句話說’凝殼層防止腔壁和液 態矽之間的直接接觸因而儘量減少液態矽產物的污染。藉 由維持反應器腔壁㈣表面的溫度在 性金屬'熔點以下而形成凝殼層。 丨應 «亥熱控制系統包括在反應器室内的内部熱能源和位於 反應器至外之外部熱能源的組合。該外部熱能源亦位於亦 圍繞反應器至的侷限室内。該外部熱能源可經由感應加 ”、、電阻加熱或兩者的組合直接提供熱到反應器壁的外部 表面。在示於圖1A、1B、3及7B之具體實例中，該外部能 '原為感應線圈。在另一示於圖2之具體實例中，該外部能 源為電阻加熱器。微波為另外—種可能的外部能源。該内 部熱能源可為如下-& $ > & 1 更加存、..田敘述的電漿。可替代地，該内 部熱能源可為電子束、電阻加熱元件或感應加熱元件。 藉由内部熱能源和外部能源產生的熱流個別地示於圖 、…和7B中。該内部熱流如下進行：經加熱的反應氣體— 、、厂，薄膜—固態矽凝殼層^反應器腔壁。該外部熱流如 立、仃&應器腔壁―固態矽凝殼層—液態矽薄膜。該内 4熱能源提供原料材料熱分解的能量。該外部熱能源提供 反應器腔壁内部表面、切座& ^ 面度的精確控制在足夠靠近（但低於） 11 201009139 石夕或反應性金屬的炫點。所得的溫度梯度示於圖6中。 該外部熱能源可配置在至少_個溫度控制區域之中〇 可使用不同的溫度控制區域以建立沿著反應器室的 度之不同的溫度分布或區域。

如上所述，本文所揭示的程序從反應器室的外部表面 到反應器室内的反應空間建立溫度梯度，如圖6所示。該 特定溫度梯度依數個因素而變化，其包括原料材料、進料 速率、反應器空間内的操作壓力#。此外，溫度梯度係時 間相依因為溫度梯度將從反應器起始開始改變直到穩態操 作。於疋’熱控制系統的特定溫度將會變化。然:而，一般 而言，反應器腔壁的内部表面可為原料材料的熔點以下i 至300 °C，更尤其地原料材料的熔點以下i至ι〇〇。匸；凝 殼層可處於原料材料的熔點到原料材料的熔點以下3〇〇 ^ C，更尤其地熔點到熔點以下1〇〇沱；且反應器空間可處 於石夕或反應性金屬的熔點到高達超過5〇〇〇 »c。 總體熱控制工作方式亦可包括熱絕緣如下更詳細的敘

述0 反應器系統的例示性具體實例示於圖丨_5中。一般而 5，反應器系統1包括至少一個原料入口 2、至少一個液態 產物出口 3、反應器室4、外部圍阻室5以及電漿產生源6。 原料入口 2可為任何形式的通口或閥使得將原料引進 進入反應器至4受到控制。舉例而言，入口 2可為喷嘴， 諸如以石英、石墨及/或矽製成的水冷結構。 反應器室4包括界定位於反應器腔壁1〇内的反應空間 12 201009139 魯ί

13之反應器腔壁1〇。反應器腔壁1〇包括面向反應器空間 13的内部表面u以及反向的外部表面12。反應器室可以 任何諸如圓柱形、橢_、長方形等的形狀提供。圓柱形 反應器室示於圖式中。纟某些具體實例中，反應器室可具 有數個不同尺寸及/或形狀的區段。舉例而言，_丄描繪第 一圓柱形區段14及第二錐形或圓錐形區& 15。第二區段 15逐漸變細而成為產物出口 3。反應器腔壁⑺可為抵抗原 料或產物之腐蝕和污染的任何材料所製成，反應器腔壁 係經得起賤相形成，且反應器腔壁lQ提供所欲敎或能 量的傳導或阻抗性質。例示性壁構造材料包括石墨、钥、 鎢、鈦、陶瓷（例如，氧化鋁）以及石英。 内部表面11的面積應該夠大使得在内部表面U上可 :進行原料材料的收集和液態轉化。依以kg/h計之所欲產 量而定’對產物產量在i到5〇kg/h的範圍而言，内部表面 11的面積應該在0.2 m2至5 m2的範圍。 產生電漿的電源可為任何形式的電源。例示性的電衆 包括RF、直流電弧或微波電漿。依特定的電漿形式而定， 電漿電力的範圍可為從Μ圓請，更尤其iq到_請。 產物出口 3可與產物收集模組及/或產 合。舉例而言，若贿·尺寸的小滴為所欲，則產物可在Γ 由落下經過凝固塔的期間冷卻然後在槽中收集。在 過大約、:至8公尺的距離’具有〇5_直徑的小滴將會： 化且降皿至約_ c的溫度。在此溫度’固化矽小滴可在 可被水冷卻的產物收集槽中收集。可替代地，巾可能增加 13 201009139 自由落下的高度以進一步冷卻小滴且將矽產物收集在槽巾 而無須水冷部°亦可能以石夕瓦或其他非污染性的塗層/概I 材料作為收集槽和自由落下塔的襯裏。 在圖1A和1B的具體實例中’至少一個熱感應線圈2〇 係位於或靠近反應器腔壁的外部表面12。線圈2〇可圍繞反 應器室的整個週邊或僅1分的週邊。線圈20是以使反應 器腔壁能夠充分加熱的任何熱傳材料來製造。線圈20亦可 作為熱匯座且補充亦作為熱匯座的外部水冷圍阻室壁。 在圖2的具體實例中，將至少-個電阻加熱器21置於❹ 或靠近反應器腔壁的外部表面12。電阻加熱器21使反應器 腔壁加熱SI 2的具體實例亦包括置於反應室壁和圍阻室 壁之間的絕緣元件22。絕緣厚度可設計成沿著反應器的垂 直高度轴線具有不同的厚度。 在另個具體貫例中（未顯示），反應器室的外部熱能源 不存在。㈣話說’僅存在—個在反應空間内產生熱能的 熱能源。

舉例而5 ’在圖2和3中顯示了外部圍阻室5。圍阻室 Q 5至少使反應室4氣密封。圍阻室5包括可經水冷的圍阻室 壁16。該經水冷的圍阻室壁16亦可為上述反應器室熱能和 熱流的熱匯座。 圖15例示數種不同可與反應器系統偶合的凝固模組。 圖3包括與使得矽鑄塊的鑄造為可能的連續鑄造系統 偶合的電磁_。冑4料使得方向㈣切鑄塊製造為 可能的組態。來自出口 3的液態石夕可以被傳送進入電磁坩 14 201009139 堝。直接偶合電磁鑄造的優點包括沒有額外運輸容器的費 用，矽沒有被再熔融，且使污染最小化因為超純矽係在無 污染凝殼層料中固化。圖5描繪藉由將目前所揭示反應 器系統的液態石夕產物引進至移動的水平支撐载體27上使^ 直接晶圓·造為可能的組態。支樓載體27例示性材料包括 石墨、碳化矽、氮化矽、氧化链、氧化錯或富鋁紅柱石。 美國專利第4,67G，G96號，將之以引料方式併人本文中， 描述以正在移動的水平支撐上之液詩直接晶圓鑄造的程 _ 更詳細地，圖3和4描1會至少一個用來加熱電磁鑄造 堆禍41上部分的感應線圈4G，該㈣可經水冷。感應線圈 4〇可被用來溶化凝般層使其厚度小於i顧以在鑄塊抽出 期間打破凝殼層。然後液態石夕將會形成新的凝殼層。凝殼 層在掛堝中形成與打破之循環可按需要而重複。鑄塊可在 增量㈣中抽出° —個電_造㈣的例子缺EP1 154047 卜圖3亦包括連接到排氣處理系統之排氣通口 更詳細地，圖5描繪一個設計，其中液態產物出口 3 已經配置呈模製元件的形式。在液態產物出口處之孔口的 截：内部尺寸和形狀使液態矽的產物流得以所欲的形狀和 2=而流到水平支擇載體27上。舉例而言，液態產物 或卿口表面相對於水平支樓載體27的平面可為呈斜角 由垂直移ί態產物出σ結構可經配置以允許出口結構的自 出由口Τ動…斜移動。-個後加熱器可位於液態產物 下游以允許方向性凝固的完成以及以獲得平滑的 15 201009139 晶圓表面。 當液態石夕與支樓载體27的材料接觸，將會形成固化多 結晶时相（例如L假如載體27的溫度係低於石夕 的炼點。在產物出口 3和後 交力’“、态下方的向前移動期間藉 〃支芽的底表面移除熱，該固化層會繼續生長，只要該 固化層維持與液相的接觸。在動態平衡狀態下，生長換形 體對產物出口 3有效長度的對應長度將會形成。 、、根據另-個用來直接鑄造鑄塊的具體實例，液態石夕可 以被直接引進進入類似示於美專 秀幽寻利第4,936,375號之連續 鑄造掛螞模組，將該發明的全部以引用的方式併入本文 中。在這個具體實例中，一個床係位於液態產物出口 3的 下方。該床界U來接受來自出σ 3液㈣的模槽。在床 模槽中形成液態切池。藉由床壁中的開口而形成流動通 道’该通道允許液態矽流從該池流入鑄模中，由於冷卻流 體循環㈣鑄模巾的管子，料鑄財被D化成為鑄塊。 鑄塊係從铸模向下抽出，為了提供均勻的晶體結構，禱塊 ❹ 應相實質上均句的速率連續地抽出，該速率係對應於經 由流動通道將液態石夕引進進入鎊模的速率。在替代具體實 例中纟自液態產物出口 3的液態矽可從上方直接被引進 進入鑄模中而不用先進入床模槽。 據另彳®用來直接鑄造晶圓或⑪條的具體實例中， 液態石夕可以被直接引進進人類似示於美國專利第4,212,343 號之模組中’將該發明的全部以引用的方式併入本文中。 在此具體實例中’可藉由通過位於極接近激冷體（ehiH body) 16 201009139 表面處之有槽噴嘴，蔣、为能 ™ /將液態矽在壓力下強制到正在移動的 激冷體上而形成連續細矽 冷表面上形成”的替代模二步用來在正在移動的激 、、、且係不於美國專利第4,274,473 號，將其全部以引用的方式併人本"。 反應器系統的操作可藉由將反應器腔壁加熱（經由來自 外部熱源、内部熱源或外部和内部熱源兩者之組合的熱能） 到超過原料材料的炫大& Μ 點而啟冑。此與存在的含⑦材料預熱 ❹ 會在墨反應器腔壁上形成碳化石夕層。然後降低反應器 腔壁溫使得其内部表面低於原料材料的溶點。在反應空間 7内融熔的材料將會與内部表面接觸因而啟動固態（珠結） 凝几又層17的形成。凝殼層17包括内部表面η和反向的壁 接觸表面19。建立橫越反應器腔壁、凝殼層和在反應空間 ，的氣體之度梯度，如圖6所示。在熱平衡狀態下，凝 4層厚度不再增加且凝殼層的溫度在面向反應器反應空間 13的表面18上達到液態材料的溫度。液態矽薄膜28將冷 凝在内部表面丨8上，然後沿著内部表面丨8朝反應器室的 垂直軸線向下流動。該融熔程序亦可製造矽蒸氣。 對含石夕材料原料而言，在凝殼層形成和穩態操作期 間’腔壁内部表面11的最高溫度不應該超過1414。(：（低於 石夕的溶點1 ° c)。在某些具體實例中，内部表面11的溫度 範圍可從1115到1414。(：，更尤其1215到1414 °C。來自 外部熱能源的熱維持反應器腔壁溫在所欲的溫度範圍，使 凝殼的厚度得以透過控制壁溫而控制。 來自反應器室的熱流典型消散至反應器室外側的熱匯 17 201009139 :。熱匯座可為積極冷卻者(例如， 如絕緣之被動冷卻者。 固阻至壁）及/或諸 該原料材料係經由人0 2引進進入反 材料可為任何切材 。至〜原料 ㈣切細料(如在本文中"二V石夕材料可為諸如 矽氣體諸如錢、达者）的固態矽或含 三氣石夕烧、四氣切、二㈣烧：(ϋ”）、二氣錢、 二峨錢 '三峨錢、四… j 2 ，臭化石夕、 ❹ 原。引進進Λ: 揭示的程序和裝置而被還 “系統的矽粉可為以矽處理(❹，破裂、 =磨或切肖υ或藉由任何分解含錢體程序製造的切粒子 :的=末)。粉末可分散或懸浮在用來嘴射進入反應器系 或諸如媒介中°舉例而言’載體媒介可為對碎為惰性及/ 3 :如Ar之具有相當低的游離電位的氣體。 反應空間13内的操作壓力範圍可為從從g i巴到2 〇 巴，更尤其0.5巴到2 〇巴。

果原料材料為含矽氣體，則臨界溫度為將氣體分解 為液體的熱分解溫度。因&，反應器腔壁的内部表面係 維持在低於熔點溫度的平衡溫度。示於圖4和5之具體實 ^吏直接從3矽氣體（例如，矽烷）原料來製造矽鑄塊（圖4) 或晶圓(圖5)成為可能，因而避免多晶形矽之成形、再融熔 和切削之φ貴步驟。第：氣體氫與含石夕氣體存在於反應空 間1 3中。氫係肇因於SiH4熱分解成Si和氫。 凝设層應该具有足以保護液態產物免於被反應器腔壁 18 201009139 凝殼層厚度不應該過大以致其佔

材料污染的厚度。然而 據反應 空間。 制。一丧. 其 〇· 1 到 30 mm。 液態矽或液態反應性金屬經由液態產物出口 3流出。 可藉由產物出口 3的設計來控制液態產物的幾何形式（和尺 寸）。舉例而言，出π 3可經設計而卸料（例如，經由嘴^ 射）小滴或球體（其為用於單結晶體或多結晶體鑄塊製造之 較佳的原料物理形式）。在一個具體實例中， =之 ，可經 凝固塔自由落下而固化。小滴可收集在凝固塔底部的容器 中或經氣動傳送進入收集容器中。出口 3亦可經震 ^ 響小滴的尺寸。 ’以影 蓉於可將所揭示的程序、裝置和系統之原則應用於許 多可能的具體實例中’應認清的是例示性的具體實 , 彳夏馬 孕父隹的實例且不應視為限定本發明的範圍。 【圖式簡單說明】 圖1A和1B係所揭示反應器系統之一個具體實例的示 意圖。圖1A是示於圖1B之反應器的壁剖面之.展開圖。 圖2係所揭示反應器系統之進一步具體實例的示意圖。 圖3係包括一個凝固具體實例之反應器系統的示意圖。 圖4係包括另一個凝固具體實例之反應器系統的示音 圖。 圖5係包括進一步凝固具體實例之反應器系統的示意 19 201009139 圖6係在所揭示反應器系統中之溫度梯度的示意圖。 圖7A和7B係在所揭示反應器系統中之兩股熱流的示 意圖。 在圖中’相同的元件符號參照相同的元件除非另 明。 ’、卜s主 圖8A係用來製造矽晶圓之先前技術步驟之示音表示 一圖8B係本發明所揭示方法之一個具體實例之示意表 【主要元件符號說明】 1 反應器系統 2 原料入口 3 液態產物出口 4 反應器室 5 外部圍阻室 6 電漿產生源 10 反應器腔壁 11 内部表面 12 外部表面 13 反應空間（反應器空間） 14 第一圓柱形區段 15 第二錐形或圓錐形區段 16 圍阻室壁 17 凝殼層 20 201009139 18 内部表面 19 壁接觸表面 20 熱感應線圈 21 電阻加熱器 22 絕緣元件 23 排氣通口 27 支撐載體 28 液態矽薄膜 40 感應線圈 41 電磁鑄造坩堝 參 21

Claims (1)

1. 201009139 七、申請專利範圍： 1. 一種用來製造固態多結晶體（multicrystalline)矽鑄塊 或晶圓的方法’其包含 將含矽氣體引進反應器室’其中該反應器室包括具有⑴ 面向反應空間的内部表面及（ii)反向的外部表面之反應器腔 壁，以及產物出口； 在反應器空間内產生電漿； 藉由使含矽氣體經受足以製造液態矽的溫度使含矽氣 體熱分解； 使反應器腔壁的内部表面維持在低於石夕溶點溫度的平 衡溫度且同時使含矽氣體熱分解；及 將液態矽從產物出口直接引進用來將液態石夕鑄造成固 態多結晶體矽鑄塊或固態多結晶體矽晶圓的模組中。 2 ·根據申明專利批圍苐1項的方法，其中該將含發氣體 引進反應器室到將液態矽引進鑄造模組的步驟全發生在氣 密封的環境裡。 ❹ 3. 根據申請專利範圍第丨項的方法，其中該鑄造模組包 含將液態矽連續鑄造成矽鑄塊。 4. 根據中請專㈣圍第丨項的方法，其巾該鑄造模組包 含將液態矽連續沉積至正在移動的支撐載體上。 5·根據中請專利範圍第w的方法，其中該含々氣體係 :自SlnH2n + 2,其中…到4,二氣梦院、三氣石夕烧、四 氣化矽、二漠矽烷、三演矽烷、四演化矽、二碘矽烷、三 碘矽烷、四碘化矽或其混合物。 22 201009139 6.根據申請專利範圍第 梦炫。 1項的方法，其中該含矽氣體係 項的方法，其進一步包含將固 的内部表面上。 7.根據申請專利範圍第1 態梦凝殼層形成於反應器腔壁 8.根據申請專利範圍第7 膜般沿著固態矽凝殼層的内部表面流動。 項的方法，其中該液態矽如

   9.根據申請專利範圍第7 具有小於200 mm的厚度。 項的方法，其中該固態凝殼層

   10.根據申請專利範圍第Μ的方法，其中該内部表面 壁溫度係維持在低於矽的熔點溫度1至3〇〇 。匸。 U.根據申請專利範圍第1項的方法，其中該内部表面 壁溫度係維持在低於碎的炼點溫度1至200。(：。 12·根據申請專利範圍第丨項的方法，其中關造模組 包含電磁坩螞。 13 jjjj；i - 申請專利範圍第1項的方法，其中該鑄造模組 包含連續鑄造坩堝。 據申晴專利範圍第1項的方法，其中該鑄造模組 包含箔鑄造系統。 1 5 據申請專利範圍第1項的方法，其中該鑄造模組 包含晶圓鑄造系統。 種用來製造固態多結晶體（nuilticrystalline)矽的 方法，其包含： 將含石夕氣體引進反應器室，其中該反應器室包括具有（i) 面向反應^? P与 …&間的内部表面及（ii)反向的外部表面之反應器腔 23 201009139 壁，以及產物出 在反應器空間 在反應器空間 熱分解以製造液態 内產生電漿； 内藉由使含矽氣體經受電漿使含矽氣體 矽； 使反應器腔卷.. 2的内部表面維持在低於矽熔點溫度的平 衡溫度且同時使含 將來自產物出 石夕。 石夕氣體熱分解；及 口的液態矽直接鑄造成固態多結晶體

   種固心夕結晶體矽的製造系統，其包含 含矽氣體進料的入口； 反應室’其包;+ 匕括界疋腔反應空間的反應器腔壁且包括（i) 面向反應空間的内Αβ主二„ /. Μ °卩表面及（η)反向的外部表面； 與反應室偶合的雷將、= 的電漿此源’且其經配置以在腔反應空 間内產生熱能； 產物出口，其姆押jj罢m Α 、.配置用來將液態矽從反應室抽出；及 與產物出口流體遠请& 連通的凝固模組’且其經配置以直接 從液態石夕製造固態多結晶體石夕。

   1 8 ·根據申請專利範圍第 包含用來將液態石夕連續铸造 19 ·根據申請專利範圍第 包含用來連續鑄造矽晶圓的 17項之系統，其中該凝固模組 成矽鑄塊的裝置。 17項之系統，其中該凝固模組 裝置。 20_根據申請專利範圍 少圍繞反應器室、產物出 21.根據申請專利範圍 第1 7項之系統，其進一步包含至 口和凝固模組的氣密封圍阻室。 弟1 7項之系統，其中該凝固模組 24 201009139 " 包含電磁坩堝。 • 22.根據申請專利範圍第1 7項之系統，其中該凝固模組 包含連續鑄造坩堝。 23 ·根據申請專利範圍第1 7項之系統，其中該凝固模組 包含箱禱造系統。 24.根據申請專利範圍第1 7項之系統，其中該凝固模組 包含晶圓鑄造系統。 參 八、圖式： (如次頁）

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