TW201037107A - Apparatus and method of manufacturing polysilicon - Google Patents

Description

201037107 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係’多晶⑦’並且特別地，本發_於_種通過使 用雷射之多晶矽之製造設備及其製造方法。 【先前技術】 近來，由於多晶石夕係為一多晶狀態且具有一高純度，因此其 廣泛地應用於與-半導雖置及—太陽能電池相關之不同領域 中〇 以下將描述一種多晶石夕之典型製造方法。 首先，二氧化矽/石英砂（主要成分為：sio2)與石墨（主 要成分為：C)在一電弧放電爐内反應，用以由此製造大約99% 的冶金矽（矽化鎂（MG-Si))。 通過使用矽化鎂（MG-Si)作為一啟動劑的氣化過程，混合、 分離並且提純一梦烧材料，以便製造一高純度之氣態石夕烧材料。 製成的高濃度之矽烷氣可為化學式為SiHC13的三氯矽烷 (Trichlorosilane，TCS )氣，或可為化學式為SiH4的甲矽烷 (Monosilane, MS)氣。 三氣矽烷（TCS)氣可透過矽化鎂（MG-Si)與氫氣酸（HC1) 反應獲得，並且曱矽烷（MS)氣可透過矽化鎂（MG-Si)與四氣 化矽（SiC14)及氩氣（H2)反應，或者矽化鎂（MG-Si)與SiF4 及氫化鋁鈉（NaAlH4)反應獲得。 201037107 如果化學氣相 >儿積（Chemical Vapor Deposition, CVD )作用於 高純度之矽烷氣’矽可沉積以使得製造一固態的多晶矽。此種情 況下’通過在高溫環境下氫還原及熱分解，從矽炫氣中產生碎（Si) 微小顆粒。產生的石夕（Si)微小顆粒沉積於一種子結晶之表面之上， 由此獲得多晶之多晶梦。 以下，將結合「第1圖」解釋習知技術之通過使用矽烷氣的 固態多晶梦之製造方法。 「第1圖」係為習知技術之多晶矽之製造設備之示意圖，其 通過使用一鐘罩反應器10能夠從矽烷氣中製造多晶矽。以下將解 釋通過使用「第1圖」所示之習知技術之設備以製造多晶矽之方 法。 首先，矽核燈絲20以倒U型定位於鐘罩反應器10之中且具 有6毫米（mm)至7毫米（胃）之細度，並且矽核燈絲2〇之一 端與一電極30相連接。然後，通過使用預熱器執行一預加熱步驟， 由此鐘罩反應器10可加熱至300。〇以上。因此，矽核燈絲2〇之電 阻率降低，以使得矽核燈絲2〇之低電阻率能夠實現電阻加熱。透 過以預定電壓通過電極30供電，矽核燈絲20可被加熱至一高溫， 並且一具有珍烷氣及氫氣的反應氣供給至鐘罩反應器1〇之内部。 如果矽（Si)微小顆粒沉積於石夕核燈絲2〇之表面上，則矽核燈絲 20之細度可增加。然後，電阻加熱及矽沉積過程可執行幾天至幾 十天’用以由此獲得一具有1〇公分（cm)至15公分（cm)直徑 5 201037107 的條狀多晶矽產品。 然而’習知技術之通過電阻加熱以使用分解之石夕烧氣的石夕沉 積方法具有以下缺點。 為了透過使用電阻加熱以分解石夕烧氣而平穩地沉積石夕微小顆 粒，鐘罩反應器ίο之内部必須保持在1000〇c以上的溫度。因此， 由於電加熱及電能消耗的較大負載可使得最初安裝成本巨大。 由於透過使用電阻加熱分解矽烷氣以沉積矽微小顆粒，因此 根據多晶矽產品之期望尺寸，製造多晶矽需要一較長之時間，舉 例而言’需要幾十天或更長之時間，由此降低產量。 【發明内容】 因此，鑒於上述之問題，本發明在於提供一種多晶矽之製造 设備及其製造方法，藉由消除由於習知技術之限制及缺陷所產生 之一個或多個問題。 本發明之一方面在於提供一種多晶石夕之製造設備及其製造方 法，相比較於習知技術，其能夠透過減少電加熱之負載減少功率 消耗，並且還能夠縮短製造多晶矽所需之時間。 為了獲得本發明之目的的這些及其他優點，現對本發明作具 體化和概括性的描述，本發明的一種多晶矽之製造設備包含有一 反應室，一氣體供給件，其將一矽烷氣供給至此反應室；一雷射 照射器，透過向自氣體供給件供給之矽烷氣照射雷射束熱分解矽 烷氣，用以產生複數個多晶矽顆粒；以及一多晶矽顆粒接收器， 201037107 用以接收且儲存這些多晶矽顆粒。 根據本發明之另一方面，一種多晶矽之製造設備包含有一反 應室·’一氣體供給件’其將矽烷氣供給至此反應室；一雷射照射 器，透過向自氣體供給件供給之矽烷氣照射雷射束熱分解矽烷 氣，用以產生複數個多晶矽顆粒；以及一鑄塊形成部份，其用以 接收且儲存這些多晶石夕顆粒，並且透過熔化這些多晶石夕顆粒形成 一铸塊。 〇 根據本發明之另—方面，—種多紐之製造方法包含透過一 氣體供給件供給—雜氣至—反應室；透過向此反應室照射雷射 束熱刀解石夕燒氣’以產生複數個多晶石夕顆粒；以及將這些多晶石夕 顆粒接收且儲存至一多晶矽顆粒接收器中。 "根據本發明之另—方面，—種多糾之製造方法包含透過一 氣體供給件將—石夕垸氣供給至一反應室；透過朝向反應室照射雷 ο射束熱刀解魏氣，以產生複數個多晶㈣粒；以及將這些多晶 夕顆粒接收且儲存至一鱗塊形成部份中，並且透過溶化缚塊形成 部份中儲存之多晶石夕顆粒形成-鑄塊。 【實施方式】 a、下將結合®式部份對本發嘱較佳實施方式作詳細說 明。其中在這_式部份中所使__的參考職代表相同或 同類部件。 文中將結合圖式部份描述本發曰月之一種多晶石夕之製造設 7 201037107 備及其製造方法。 「第2圖」係為本發明之一實施例之多晶矽之製造設備之示 意圖。 如「第2圖」所示’本發明之一實施例之製造設備1包含有 一反應室100、一氣體供給件2〇〇、一雷射照射器300、以及一多 晶矽顆粒接收器400。 反應室100為透過熱分解一矽烷氣以沉積多晶矽顆粒之反應 空間。雖然圖未示，一真空泵可與反應室1〇〇相連接，以便將反 應室100之内部維持於一真空狀態；並且一排空設備可與反應室 100相連接，以便排空反應室100之一反應氣。 氣體供給件200將例如三氯石夕烷（TCS)氣或甲矽烷（MS) 氣的石夕燒氣供給至反應室1〇卜氣體供給件2〇〇提供於反應室1〇〇 之頂部。氣體供給件200由一氣體供給喷管230及一氣體供給管 260組成。其中氣體供給喷管230定位於反應室1〇〇之内部，並且 氣體供給管260與氣體供給喷管230相聯繫且延伸至反應室1〇〇 之外部。雖然圖未示，氣體供給管26〇之一端與一儲存有矽烷氣 的氣體供給箱相連接。 在儲存於氣體供給箱中的矽烷氣通過氣體供給管26〇移動至 氣體供給噴管23〇之後，矽烷氣從氣體供給喷管23〇供給至反應 至100之内部。而且，一空氣幕產生器丨50另外提供於反應室100 中’、中g供給的石夕烧氣從反應室100之頂部朝向反應室之 201037107 底。P移動時’空氣幕產生器⑼可防止魏氣與反應室1⑻之内 部侧表面相接觸。也就是說，空氣幕產生器15〇透過在自反應室 之頂侧面至反應室100之一底側面方向喷塗一例如氯氣 的氣體*χ產生一空氣幕，用以由此防止梦烧氣與反應室 1〇〇之内部側表面相接觸。 ’ 如果自氣體供給件供給之魏氣透過使用雷射照射器 300的雷射束照射時，彡過魏氣的熱分解可沉積多晶频粒。雷 〇射照射器300照射出之雷射束從反應冑〗㈤之一側朝向反應室1〇〇 之另-侧行進，由此可在—短時_熱分解大量的魏氣。也就 是說，使用從反應室100之一侧朝向反應室1〇〇之另一侧行進的 雷射束照射氣體供給件2GG與多晶賴粒接收器4GG之間的-部 份，由此執行矽烷氣的熱分解。 從氣體供給件200供給之矽烷氣自反應室ι〇〇之頂部份朝向 〇反應室1〇0之底部份下落。此種情況下，如果使用該雷射束照射 氣體供給件200與多晶石夕顆粒接收器400之間的部份，則雷射束 與石夕烧氣之間的接觸面積可增加，由此能夠在短時間内熱分解大 量的矽烷氣。 雷射照射器300可由一紅外線雷射照射器，例如，二氧化碳 (C02)雷射照射器形成。雷射照射器300可由一雷射振蘯器32〇、 一光學系統340、以及一雷射功率接收器360組成。雷射振盈器 320振盪雷射束。光學系統340提高振盪雷射束之均勻度；並且雷 201037107 射功率接收器360接收雷射束。雷射振盪器32〇及光學系統34〇 疋位於反應至100之一個外部側面；並且雷射功率接收器36〇定 位於反應室100之另一外部侧面。 由於雷射照射器300定位於反應室1〇〇之外側，因此一窗口 180¼供於反應至1〇〇之一預定部份，以使得照射之雷射束通過窗 口 180傳送至反應室1〇〇之内部。窗口 18〇由一能夠傳輸光線之 材料，例如石英或硒化辞（ZnSe)製造，全部反應室1〇〇可由能 夠傳輸光線之材料，例如石英或确化鋅（Znse)製造。 多晶矽顆粒接收器400接收且儲存透過熱分解矽烷氣獲得之 沉積多晶賴粒。由於多晶賴粒接收H 提供於反應室1〇〇 之下’因此多晶矽顆粒接收器4〇〇接收且儲存落下之多晶矽顆粒。 多晶石夕顆粒接收器400可由一容器及一辅助室43〇組成。 容器410通過-開口他與反應室1〇〇相聯繫，以使得在反應室 1〇〇中產生之多晶石夕顆粒通過開口 41〇a朝向容器柳之内部平穩 前行。多晶賴粒可在-糾爐魄化，並且紐可製造為 一缚塊型。為此，儲存有多晶石夕顆粒的容器41〇必須轉移至該另 外之熔爐。因此，容器4H)可拆分地提供於反應室·之中。 當容器轉移至另外的熔爐時，如果氧氣穿透至容器· 之内部，可氧化容器410中儲存之多晶石夕顆粒。在此方面，在將 容器從反應室分離之後，需要執行一密封過程用以密封 容器之開σ她。此外，必須在氧氣不存在於容器彻中的 201037107 條件下執行密封容器410之開口 41〇a之製程。為此，輔助室430 之配設方式使得輔助室430圍繞容器41〇。因此，在容器41〇從反 應室100上分離之後，在圍繞容器41〇的輔助室430中執行用以 密封容器410的開口 410a之密封製程，以使得可能防止氧氣穿透 入容器410之内部。 以下將結合「第2圖」解釋使用本發明之一實施例之設備製 造多晶矽之方法。 首先，例如三氣矽烷（TCS)氣或曱矽烷（MS)氣的矽烷氣 通過氣體供給件200的氣體供給喷管23〇供給至反應室1〇〇之内 部。此時，反應室1〇〇可維持於幾mTorr至幾百T〇rr之内部壓力。 當供給石风氣之時，㈣從空氣幕產生器ls〇喷塗例如氯(Ar) 之氣體以便在反應室KK)之_條面產生空氣幕，賴由此防 止供給之矽烷氣與反應室100之内部側表面相接觸。 如果使用雷射照射器300的雷射束照射反應室1〇〇，則透過石夕 烧氣之熱分解可產生多晶矽顆粒。 此時’使用從反應室100之-側朝向反應室卿之另一侧行 進的雷射束照射氣體供給件衫晶侧粒接㈣之間的 -部份，由此透過在短時間内熱分解大量的魏氣能夠沉積多晶 $夕顆粒。 供給雜氣之製程可與雷射束之照射製程同時執行，或者這 兩個製程巾之任意-個製程可在另—製程之前執行。 201037107 然後，多晶石夕顆粒接收器彻之令接收且館存這些多晶石夕顆 粒。更砰細而言，多晶石夕顆粒可通過與反應室_相聯繫之開口 他接收与存於容器働之中。在容器彻從反應室上分 離之後，在可圍繞容器410之輔助室43〇之内部執行用以密封開 口 410a之密封製程，並且然後密封的容器4⑴可轉移至另外之炫 爐，用以由此製造鑄塊型多晶石夕。 第3圖」係為本發明之另—實_之多祕之製造設備之 示意圖。 除一铸塊形成部份5〇〇代替多晶㈣粒接收器權之外，「第 3圖」之設備與「第2圖」之設備之結構相同。只要可能，圖式中 之同-標號表示㈣述之實施例相戰_之元件，並且將省去 相同或類似元件之詳細描述。 如「第3圖」所示，本發明之另一實施例之製造設備由一反 應室100、一氣體供給件2〇〇、一雷射照射器3〇〇、以及鑄塊形成 部份500組成。 鑄塊形成部份500提供於反應室1〇〇之下。因此，鎊塊形成 部伤500接收且儲存落下之多晶石夕顆粒，並且透過溶化接收之多 晶矽顆粒還形成一铸塊。 鑄塊形成部份5〇〇由一熔爐510以及複數個加熱器53〇組成。 熔爐510為一儲存落下之多晶矽顆粒且熔化儲存之多晶矽顆粒之 空間。而且，加熱器530用以加熱熔爐510，其中加熱器53〇可形 12 201037107 成為一線型加熱器。一隔離體550可圍繞這些加熱器530。為了取 出鑄塊型的多晶矽顆粒，鑄塊形成部份500可分離地提供於反應 室100之中。 以下將「第3圖」解釋使用本發明之另一實施例之製造設備 製造多晶矽之方法，其中將省去與前一實施例之相同或類似元件 之詳細描述。 首先’例如三氯矽烷（TCS)氣或甲矽烷（MS)氣的矽烷氣 〇 通過氣體供給件200的氣體供給喷管230供給至反應室100之内 部。 如果使用雷射照射器300之雷射束照射反應室1〇〇之内部， 則透過矽烷氣之熱分解可產生多晶矽顆粒。 此時’使用從反應室100之一側朝向反應室100之另一侧前 行的雷射束照射氣體供給件200與鑄塊形成部份500之間的一部 份’由此透過在短時間内熱分解大量的矽烷氣能夠沉積多晶矽顆 然後，多晶矽顆粒接收且儲存於鑄塊形成部份500中，並且 然後’儲存之多晶發顆粒透過鎮塊形成部份500溶化’由此形成 多晶矽顆粒之鑄塊。此時，通過使用加熱器530，熔爐510可加熱 至大約1000°C至1200。(：之溫度。 因此，本發明之多晶矽之製造設備及其製造方法具有以下之 優點。 13 201037107 相比較於習知技術，本發明之多晶矽之製造設備及其製造方 法在更短的時間内通過照射雷射束熱分解矽烷氣能夠產生多晶矽 顆粒。 特別地’由於雷射為-單波長光線，並且雷射為—能夠在短 時間内吸收多光子以容易分解原料氣體的高能夠量雷射束因此 雷射具有一原料氣體的選擇性。本發明之多晶矽之製造設備及其 製造方法通過具有上述性能之雷射束熱分解魏氣能夠沉積多晶 石夕顆粒。因此，相比較與習知技術使用分解魏氣的電阻加熱， 本發明之製造方法使用雷射束關縮短沉積多晶频粒之時間。 特別地，由於雷射束從反應室100之一侧朝向反應室1〇〇之 另一侧照射，因此從氣體供給件200供給至反應室1〇〇的雷射束 與石夕院氣之間的接觸面積極大增加，由此能夠在短時間内熱分解 大量的矽烷氣。 與習知技術之在種子結晶之表面沉積多晶石夕顆粒之方法不相 同，本發狀方法錢職子結晶而直接沉積多晶補粒，並且 透過熔化沉積之多晶矽顆粒製造鱗塊。因此，本發明之方法具有 不需要另外製造種子結晶的優點。 本領域之技術人員可以理解的是，雖然本發明以前述之實施 例揭露如上，然其並翻以限定本發明。在视離本發明之精神 和範圍内’所為之更動與满飾’均屬本發明之專利保護範圍。關 於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。 201037107 【圖式簡單說明】 第1圖係為習知技術之多晶矽之製造設備之示意圖； 第2圖係為本發明之一實施例之多晶矽之製造設備之示意 圖；以及 第3圖係為係為本發明之另一實施例之多晶矽之製造設備之 示意圖。 【主要元件符號說明】

1 製造設備 10 鐘罩反應器 20 矽核燈絲 30 電極 100 反應室 150 空氣幕產生器 180 窗口 200 氣體供給件 230 氣體供給喷管 260 氣體供給管 300 雷射照射器 320 雷射振盪器 340 光學系統 360 雷射功率接收器 15 201037107 400 多晶矽顆粒接收器 410 容器 410a 開口 430 輔助室 500 鑄塊形成部份 510 熔爐 530 加熱器 550 隔離體 16

Claims (1)

1. 201037107 七、申請專利範圍： 1. 一種多晶矽之製造設備，係包含有： 一反應室； 一氣體供給件，係將一矽烷氣供給至該反應室； 一雷射照射器’係透過向自該氣體供給件供給之該矽产1 照射雷射束熱分解該矽烷氣，用以產生複數個多晶矽顆粒.r 及 ，以 ® 一多晶矽顆粒接收器，用以接收且儲存該等多晶矽顆粒。 2. 如請求項第1項所述之多晶石夕之製造設備，其中該雷射照射器 透過將該雷射束自該反應室之一侧面朝向該反應室之另一側 面前行，將該雷射束照射至該氣體供給件與該多晶矽顆粒接收 器之間的一部份。 3. 如請求項第1項所述之多晶矽之製造設備，其中該多晶矽顆粒 接收器係包含有： 〇 一容器’係可拆分地提供於該反應室之中，該容器通過一 開口與該反應室相聯繫，以使得該反應室中產生之該等多晶石夕 顆粒平穩地朝向該容器之内部前行；以及 一輔助室’係在該辅助室圍繞該容器之條件下與該反應室 相連接，以便當在該容器自該反應室分離之後密封該開口時， 防止氧氣穿透入該容器中。 4· 一種多晶矽之製造設備，係包含有： 17 201037107 一反應室； 一氣體供給件’係將矽烷氣供給至該反應室； —雷射照射器’係透過向自該氣體供給件供給之該矽烷氣 照射雷射束熱分解該石夕烧氣用以產生複數個多晶石夕顆粒；以及 一鑄塊形成部份，係用以接收且儲存該等多晶石夕顆粒，並 且透過熔化該等多晶矽顆粒形成一鑄塊。 5. 如請求項第4項所述之多晶矽之製造設備，其中該雷射照射器 透過將該雷射束自該反應室之一侧面朝向該反應室之該另一 側面前行，將該雷射束照射至該氣體供給件與該鑄塊形成部份 之間的一部份。 6. 如請求項第4項所述之多晶石夕之製造設備，其中該錄塊形成部 份包含有： —熔爐，係用以接收且儲存該等多晶矽顆粒，並且熔化該 等儲存之多晶矽顆粒；以及 至少一個加熱器，係用以加熱該熔爐。 如叫求項第1項或第4項所述之多祕之製造設備，更包含 有： 々一空氣幕產生器，係配設於該反應室之中，用以防止自該 氣體供給件供給之财餘與該反應室之-内部側表面相接 觸。 如π求項第丨項或第4項所述之多晶歡製造設備，其中—窗 18 201037107 口提供於該反應室之一預定部份，以使得該照射之雷射束通過 該窗口傳送至該反應室之内部。 9. 如4求項第1項或第4項所述之多晶_之製造設備，其中該雷 射照射器包含有： 一雷射振盪器，係用以振盪該雷射束； 一光學系統，係用以提高該振盪雷射束之均勻度；以及 —雷射功率接收器，係用以接收該雷射束； Ο 其中該雷射振盪器及該光學系統定位於該反應室内之一 個外部側面，並且該雷射功率接收器定位於該反應室之另一外 部側面。 10. —種多晶矽之製造方法，係包含： 透過一氣體供給件供給一石夕烧氣至一反應室； 透過向該反應室照射雷射束熱分解該矽烷氣，產生複數個 多晶矽顆粒；以及 〇 將該等多晶矽顆粒接收且儲存至一多晶矽顆粒接收器中。 11. 如請求項第10項所述之多晶矽之製造方法，其中照射該雷射 束之該製程包含有透過將該雷射束自該反應室之一侧面朝向 該反應室之該另一侧面前行，將該雷射束照射至該氣體供給件 與該鑄塊形成部份之間的一部份之步驟。 12. 如請求項第10項所述之多晶矽之製造方法，其中該多晶矽顆 粒接收器包含有一容器以及一辅助室，該容器可拆分地提供於 19 201037107 該反應室之内，該容器通過-開口與該反應室相聯繫以使得該 反應室内產生的該等多晶賴㈣向該容器之内部平穩地前 行，該輔助室在該輔助室圍繞該容器之情況下與該反應室相連 接， 更包含在完成將該等多晶矽顆粒接收且儲存至該多晶矽 接收器之該製程之後，當儲存該等多晶石夕顆粒之該容器與該反 應室相分離時，密封該辅助室内部之該多晶石夕顆粒接收器之該 容器之一開口。 x

   13. —種多晶矽之製造方法，係包含： 透過一氣體供給件將-魏氣供給至—反應室； 透過朝向該反應室照射雷射束熱分解該魏氣，產生複數 個多晶矽顆粒；以及 將該等多晶賴粒接收且儲存至―舰形卿份中，並且 透過熔化輯塊形成部份帽存之料多晶销粒形成-鑄

   塊。 14.如叫求項第13項所述之多騎之製造方法，其巾照射該雷 束之該製程包含有透過將該雷射束自該反應室之一側面朝 該反應室之另-側面行進，將該雷射束照射至該氣體供給件 該鎊塊形成部份之間的一部份之步驟。 如月长項第10項或第13項所述之多晶石夕之製造方法其中1 給該魏氣之該製程更包含有一在該反應室之一内部側表: 20 201037107 產生一空氣幕之步驟，以便防止該氣體供給件供給之該矽烷氣 與該反應室之該内部侧表面相接觸。

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