TW201142923A - Bell jar for Siemens reactor including thermal radiation shield - Google Patents

Description

201142923 ^ , 六、發明說明： 【先前技術】 本節次期望向讀者介紹可能與下文所描述及/或主張之 本揭不内容之各種態樣有關的各種態樣之技術。相信此討 論有助於為讀者提供背景資訊以便於更好地理解本揭示^ 容的各種態樣。相應地，應理解此等陳述應從這個角度閱 讀’且非作為先前技術之許可。 冋純多晶體矽（多晶矽）係用於製造電子組件及太陽能電 池的一起始材料。其係藉由用氫熱分解或還原一石夕源氣體 而獲付。熟悉此項技術者已知此製程為化學氣相沈積 (CVD)。多晶矽可在所謂西門子反應器中產生。在此等 CVD反應器中元切之化學氣相沈積發生於所謂薄棒的石夕 棒上》該等棒放置於西門子反應器之一金屬鐘罩中且電性 連接至電性電路的一源。當電流供應至該等棒時通過電阻 加熱而使此等棒加熱至高於丨〇〇(rc。將包括氫及例如三氣 矽烷之一矽源氣體之反應氣體引入至該鐘罩中。當氣體混 合物接觸該等棒之表面時藉由導熱傳送而加熱該氣體混合 物使得石夕棒之表面上發生Cvd反應。 在棒處轉換成熱能量之多數電性能量歸因於該等棒之高 溫而從該等棒之表面輻射。來自各棒之熱輻射之一些變成 入射於鄰近棒上且為該等棒所吸收，藉此促成該等棒之加 熱。對於熱輻射而言反應氣體是通透的，且因此，熱輻射 之能量未被傳送至反應氣體。取而代之’多數熱輻射到達 西門子反應器之鐘罩的金屬壁。該金屬壁至少部分吸收入 155349.doc 201142923 射熱輻射。金屬壁處之熱係藉由對流至流動通過包圍該金 屬壁之冷卻通道之液體而傳送。從金屬壁傳送熱防止壁之 腐钮’在壓力下機械地穩定該壁，且抑制該壁上之矽沈積 物0 【發明内容】 在—態樣中’ 一種用於用來經由化學氣相沈積製程而將 多晶體矽沈積於複數個受熱矽棒上之一西門子反應器類型 的鐘罩通常包括一導熱内壁，其具有至少部分界定經調適 以在其中承接該複數個受熱矽棒之一内側空間的一内側表 面。该内側空間中之一熱輻射屏蔽通常鄰近於該内壁之該 内側表面且與該内壁之該'内側表面處於對置關係。該熱輻 射屏蔽大體上不傳導從該鐘罩之該内側空間中之該複數個 受熱矽棒所發射的熱輻射。. 在另一態樣中 種 用於用來經由化學氣相沈積製程 而將多晶體矽沈積於複數個受熱矽棒上之一西門子反應器 類51之-鐘罩中建構一輻射屏蔽的方法通常包括在該鐘罩 =内壁之-内側表面之周圍之至少—列中提供複數個安 ^件。該内壁之該内側表面至少部分界定經調適以承接 =㈣受熱料之該料的—内财^在該等安裝部 件传㈣射屏蔽料，使得料熱轄射屏蔽部 面的排配置於該鐘罩之該内壁之該内側表 學氣相沈積製程期間該等熱輻射屏蔽部件 棒所 *該鐘罩之该内側空間中之該複數個受熱矽 棒所發射的熱輻射。 7 I55349.doc 201142923 在又一態樣中，一箱诂+ v 種減^一西門子反應器中歸因於由該 西門子反應器之一鐘罩之一向 内側二間中之受熱矽棒所發射 之熱幸S射之熱才貝耗的方法袖杳^ 4上 万去通常包括供應電性能量至該西門 子反應器之該鐘罩之該内侧空間中所佈置的該等石夕棒。該 等砂棒將該電性能量棘拖杰祖 里锝換成熱能量，藉此該等矽棒發射熱 轄身卜使用該鐘罩之該内侧空間中之一熱輕射屏蔽反射且 吸收從該等石夕棒所發射的該熱輕射。該熱輻射屏蔽係以對 置關係而牢固至該鐘罩之兮肉辟 _ ^ Α g旱之該内壁。該熱輻射屏蔽大體上不 傳導從該等矽棒所發射的該熱輻射。 關於上述態樣而指出的特徵存在各種改良。亦可在上述 態樣中併入進一步特徵。J: [•笼ή n ^ 7竹倣此#改良及額外特徵可個別地存 在或以任何組合存在。舉例而言，可單獨或以任何組合將 下文關於所输示之實施例之任何者而討論的各種特徵併入 S-—t*述態樣之任何者中。 【實施方式】 現參考圖式，且尤其參考，至圖3，用於一西門子反應 器之-鐘罩的一實施例通常指示為1〇。如本文所使用，術 語「西門子反應器」廣泛用於指藉由化學氣相沈積⑷叫 產生多晶體矽(多晶矽)中所使用的一反應器。術語「西門 子反應ϋ」不限於任何特定的反應器模型或廠家 通常包括一金屬内壁12(圆2及圖3)，其诵堂皂问丄 }丹逋吊為圓柱形且導 熱。該内壁12具有一敞開的底部及部分界定—内側空間μ 以用於承接複數個珍棒（例如多達1 2至1 8個棒戈夕、 個棒，或甚至多達54個棒）的一内側表面。在操作二=3,6 155349.doc -6- 201142923 石夕棒（未展示）係安裝於反應器之一基底板（未展示）上且向 上延伸至該内側空間14中。如此項技術中通常所知，矽棒 係電性連接至一電流源（未展示）以藉由電阻加熱至100(TC 或以上之一溫度而加熱矽棒。 該鐘罩10亦包含整體地形成於該内壁12之一上部上的一 圓頂形頂部16(圖2)，及至少部分界定一管道2〇且包圍該内 壁12及該圓頂形頂部丨6之外側表面的一冷卻護套18。該内 壁12與該圓頂形頂部丨6 一起界定該内側空間丨4。如此項技 術通常所知’ CVD製程期間使用之諸如矽烷、氣矽烷、氫 及氣化氫之反應物氣體係通過一或多個氣體入口（未展示） 而被引入至内側空間14。CVD製程期間未沈積於石夕棒上之 氣體係經由-氣體出σ (未展示）而從内側空間移除。冷卻

經修改之鐘罩10亦包括在内側空 間14中 該熱輻射屏蔽30包括安裝 。在所繪示之實施例中， 上列與下列之通常拉長之 實施例中，屏蔽部件32可 概括指示為30的一熱輻射屏蔽。謂 於内壁12上的複數個屏蔽部件32。 屏蔽部件3 2係呈現為並排配置於上 薄板或片狀物的形式（圖2)。在—實 I55349.doc 201142923 形成自矽。相信在CVD製程期間形成自矽之屏蔽部件32不 會污染矽棒。此外，在使用矽屏蔽部件32若干批次循環 後在諸如触刻之後續處理後，該等屏蔽部件可作為一低 4級之矽產品而出售，或者可回收該等部件。在一實例 中，可從通過諸如切克勞斯基（Czochralski)成長之一適當 製程而成長之準單晶棒切割屏蔽部件32。在其他實施例 中，屏蔽部件32可形成自其他含矽材料，諸如氧化矽、碳 化矽、塗有碳化矽之碳複合物材料。屏蔽部件32亦可形成 自其他材料，包含不含有矽的材料，而不脫離本發明之範 圍。 屏蔽部件32之上列與下列之各者大體上跨越鐘罩1〇之内 i 12的整個圓周，且該等上列與下列一起大體上沿從鐘 罩10之鄰近敞開底部至該鐘罩之鄰近圓頂形頂部16的内壁 之一整個高度跨越。屏蔽30對置或覆蓋内壁12之内側表面 區域之至少多數，且可覆蓋内壁之内側表面區域的至少約 8 0 /〇’且更適當s之内壁之内側表面區域之至少約8 8 %及 内壁與圓頂形頂部16之組合内側表面的約67 5%。屏蔽3〇 可對置或覆蓋内壁12之内侧表面區域的其他百分比而不脫 離本揭示内容的範圍。此外，在其他實施例中，屏蔽30亦 可對置或覆蓋圓頂形頂部16之多數的一部。 在所繪示之實施例（圖2至圖4)中，屏蔽部件32係安裝於 牢固至内壁12之内側表面且通常指示為36的吊架（廣泛言 之，安裝部件）上。在所繪示之實施例中，各吊架36為一 兩件式總成，其包括從該内壁12延伸朝向内側空間14之中 155349.doc 201142923 心的一本體部件36a，以及牢固至該本體部件之一尾端且 向上突起越過本體之一上表面以界定一上端緣40的一凸緣 部件36b。在所繪示之實施例中，各吊架％係螺栓（經由螺 栓42)至焊接或是以其他方式牢固至内壁12的一金屬環 44 > 參考圖5，所繪示之環44之各者包含一突出物“，其承 接於形成於吊架36之本體部件36a中之一對應凹槽牝中， 以將吊架定位於環上且對該等吊架提供額外的負載承載支 撐'亥等吊架36可為其他組態並且可以其他方式建構且牢 固至内壁12而不脫離本揭示内容之範圍。 ^屏蔽部件32據有-開σ 48，糊口 48在該屏蔽部件32 之上中且經定大小且塑形以承接吊架％之一者。特定 。之及開σ 48經定大小且塑形以容許屏蔽部件32在吊架 36之上端緣4G上移動並且越過。上端緣侧作抑制屏蔽部 件32無意從爷架36滑落的-止檔；該屏蔽部件32必須向上 舉起且接著向内移動朝向内側空間14之中心以從料架％ 移除屏蔽部件。在該吊架36之本體部件恤承接於開口料 、凊況下#分界定該開口 48之一上周邊邊限擱置於該 本體部件的上表面上。 j所緣示之實施例中，上軌道及下軌道或平臺50係諸如 藉由焊接而牢固至内辟 •112且周向跨越在内壁的周圍。 部件32之底部搁置於各自 曰十至50上以對屏蔽部件提供額外 ’且在移動鐘罩1〇時.，尤其在向上舉起鐘罩以從反應 盗移除棒時抑制屏蔽部件碰撞鄰近屏蔽部件。在所綠示之 155349.doc 201142923 實=中，下平㈣在其承接制部件之底部的 令具有1部或凹槽51。雖然未 表面 具有一凹槽。或者，該等平臺之二者可臺50亦可 表面或其他輪廓而不脫離本發明之範圍 上 屏蔽部件32從各自吊架36懸吊且搁：施例中， 屏蔽部件與内壁16間隔開(亦即…接各觸自)^^^ ψ , ^ |其接觸）。在其他實例 °不L含-或多個平臺50，且屏蔽部件32可 此從吊架36自由懸吊。舉例而言，可省略上平臺50β 如圖3最佳展示，當屏蔽部件32懸吊於各自吊㈣上 時，將部分界定各屏蔽部件中之開口 48的一下周邊邊限盘 對應吊架36的一下表面間隔。換言之，該等開口 48之各者 之尺寸使得吊架36之本體36a與界定開口之下周邊邊限之 間有鬆他或膨服間隙52cCVD製程期間，膨服間隙Μ之大 小適用於容許歸因於熱膨脹之屏蔽部件32相對於吊架^之 縱向移動。熱膨脹期間容許屏蔽部件32之縱向移動抑制一 縱向壓縮負載歸因於該吊架36與該平臺5〇之間之受偈限' 固定工間而在屏蔽部件上動作。此外，為抑制縱向壓縮負 载在下列中之屏蔽部件32上動作’可將下列中之屏蔽部件 之上部與上平臺50間隔-適當距離以抑制屏蔽部件在熱膨 脹期間壓靠上平臺。此外’為抑制屏蔽部件32上之橫向壓 縮負載’可將各列中之鄰近屏蔽部件彼此橫向間隔開一適 當距離以避免屏蔽部件在熱膨脹期間橫向壓靠或擠壓鄰近 屏蔽部件。 鐘罩10中之屏蔽部件32之總數目及尺寸以及該等屏蔽部 155349.doc •10- 201142923 件之配置（例如，列數目，&含一單列）係取決於一特定反 應器之鐘罩的大小。在所緣示之實施例中，鐘罩ι〇經定大 小且塑形以在-單CVD製程期間處理12至18個料。在此 —鐘罩1G中且如所繪示，純射屏蔽30可適當包括兩列屏 蔽部件32(亦即’-上列與—下列）。經定大小且塑形用於 12至18個棒之-鐘罩1Q的—實例在各列中可包含32個屏蔽 部件32。此外，在此_鐘罩1()中，各屏蔽部件32(圖5及圖 6)可具有約_ mm至約_ _的一長度[、約⑽職至 勺200 mm之-寬度w，以及約7咖至約9賴之—厚度。 在其他實施例中’屏蔽3〇可適當包含更多或更少列的熱屏 蔽牛32 ’更多或更少數目的屏蔽部件，且該等屏蔽部件 之各者可更短或更長，更寬或更不寬，且更厚或更薄。 在操作反應器期間，將來自電性能量之源的電性能量施 加至鐘罩狀㈣空間14巾时棒。該等料之固有電性 電阻將電性能量轉換成熱能量或熱。熱能量係藉由傳導傳 送至接觸該等棒之曝露表面的反應物氣體，其促進該等石夕 棒之表面上的反應以在該等棒表面上產生多㈣沈積物。 熱能量之多數係從該等棒之表面發射而作為熱輻射。然 而因4反應物氣體對熱輻射通透，丨以此肖能量不會直 專送至氣體且不會促成該等氣體之加熱。熱輕射屏蔽3〇 大體上不傳導熱幸昌射且抑制從經加熱之石夕棒發射且將以其 他方式入射於金屬内壁16上之熱輻射的至少多數到達; 壁。 在熱輕射屏蔽3〇包括複數個石夕屏蔽部件η的實施例中， »55349.d〇c 201142923 相信入射於屏蔽上之熱輻射之約8〇%為屏蔽部件所吸收。 此值係由根據文獻約0.8之矽發射率來判定。所吸收之熱 輻射傾向於增加屏蔽部件32的内部能量。因此，屏蔽部件 32根據其溫度而在包含朝向内壁12的全部方向上發射熱輻 射。然而’該等屏蔽部件32處於比矽棒低得多的一溫度， 且因此，來自屏蔽部件之入射熱輻射小於來自石夕棒的入射 熱輕射。相應地，相較於使用不包含熱輻射屏蔽3〇之一未 經修改之鐘罩10，冷卻護套Μ必須移除較少熱。 由於矽大體上不傳導（矽之透射係數可忽略），矽屏蔽部 们2之各者亦將約2〇%的入射熱輻射反射回朝向石夕棒。接 著，此經反射之輻射可㈣等石夕棒吸收以將熱添加至該等 棒’其繼而將熱傳導至該等棒之表面處的反應物氣體。 基於CFD模概，料蔽3()可取決於反射器之類型而減少 入射於内壁16上的熱輻射達約鳩至。因為屏蔽部件 32上之入射熱輻射在較小之反應器中較劇烈，所以在未堅 持任何特定理論下，熱㈣屏蔽可對較小反應H(例如， 12至18個棒的反應器）具有—更顯著的影響且對較大反應 器(例如’ 54個棒的反應器)影響較少。此可能是因為相較 於較大反應器’較小反應器有較少石夕棒阻礙熱賴射到達屏 蔽0 因為石夕屏蔽30減少内壁16上的入射熱轉射並且將熱輕 反射及發射回朝向;^棒，所以熱輕射屏蔽應增加西門子 應器的能量效率。基於CFD模擬，，相較於搭配西門子反 器使用-未經修改之鐘罩的CVD製程，在包含具有熱輕 155349.doc •12· 201142923 屏蔽30之經修改之鐘罩12之西門子反應器中完成一製 程所必需之總能量被減少達約20%至約30%。 此書面描述使用實例以揭示包含最佳模式的本發明，且 亦使任何熟悉此項技術者能夠實踐本發明，包含製作且使 用任付裝置或系統且執行任何相關方法。本發明之專利範 圍可包含熟悉此項技術者想得到的其他實例。期望此類其 他實例在本發明之範圍内。 除非另有指明，本文所繪示且描述之本發明之諸實施例 中之操作之實行或執行的順序非為基本。亦即，除非另有 指明，可以任何順序執行操作，且除本文所揭示之該等操 作之外，本發明之實施例可包含額外的或更少的操作。舉 例而Q預期在另一操作之前、與其同時或之後實行或執 行一特定操作係在本發明之諸態樣的範圍内。 當介紹本發明之元件或其實施例時，冠詞「一」 (「a」、「an」）、「該」（「the」及「said」）意指有一或多 個元件。術語「包括」、「包含」及「具有」期望為包含性 且意為除所列表之元件之外可有額外元件。 由於在不脫離本發明之範圍下可在以上構造中進行各種 改變’故期望以上描述中所含有及附圖中所展示之全部物 質應解譯為說明性且非一限制的意義。 【圖式簡單說明】 圖1係用於一西門子反應器之一經修改之鐘罩之一實施 例的一正視圖； 圖2係沿圖1之線2_2所得到之經修改之鐘罩的一縱向截 155.349.doc -13- 201142923 面； 圖3係在從鐘罩移除屏蔽部件下之圖2之縱向截面的一放 大片段圖； 圖4係圖2之縱向截面的一 圖5係圖3的一放大片段圆 的一吊架； 放大片段圖； t ’其繪示牢固至鐘罩之一内壁 圖6係鐘罩之一熱輻射屏蔽 丨叶的一正面平面圖；且 圖7係圖5中之熱輻射屏蔽的-側视圖。 【主要元件符號說明】 10 鐘罩 12 金屬内壁 14 内側空間 16 圓頂形頂部 18 冷卻護套 20 管道 30 熱輻射屏蔽 32 屏蔽部件 36 吊架 36a 吊架本體部件 36b 吊架凸緣部件 40 吊架上端緣 42 螺检 44 金屬環 45 突出物 155349.doc -14. 201142923 46 凹槽 48 開口 50 平臺 51 凹槽 52 間隙 155349.doc -15-

Claims (1)

1. 201142923 七、申請專利範圍： 1 · 一種用於用來經由化學氣相沈積製程而將多晶體矽沈積 於複數個受熱矽棒上之一西門子反應器類型的鐘罩，該 鐘罩包括： 一導熱内壁’其具有至少部分界定經調適以在其中承 接該複數個受熱矽棒之一内側空間的一内側表面； 該内側空間中之一熱輻射屏蔽，其通常鄰近於該内壁 之該内側表面且與該内壁之該内側表面處於對置關係， 其中該熱輻射屏蔽大體上不傳導從該鐘罩之該内側空間 中之該複數個受熱矽棒所發射的熱輻射，該熱輻射屏蔽 包括複數個屏蔽部件；及 牢固至該内壁之該内側表面之複數個吊架， 其中該複數個屏蔽部件可移除地懸吊於該等吊架上。 2.如請求項1之鐘罩，i φ兮隹 早中3亥荨屏蔽部件之各者包含用於 承接該吊架的一開口。 3.如請求項2之鐘罩.，其中各W向内突起至該鐘罩之該 内側空間中且在其-尾端包含經調適以抑制件 從該吊架滑落的一端緣。 4.如請求項2之鐘罩 再中該開口經定大小且 屏蔽部件之熱膨脹_容許該屏蔽部件相對 縱向移動。 以在該吊架之 5 ·如請求項4之鐘罩 側表面之一平臺， 各者之一底部。 一叫〇 !爻該内 該平臺經調適以支擇該等屏蔽部件之 155349.doc 201142923 6. 如請求項1之鐘罩’其中該等熱輻射屏蔽係配置於大體 上跨越5亥内壁之該内側表面之一整個圓周的至少一列 中。 7. 如清求項6之鐘罩，其中兮望為土. 丹T 3寻熱輻射屏蔽係配置在至少 兩個垂直間隔開的列中，盆φ夂及丨丄—丨士 Jr 再〒各列大體上跨越該内壁之 該内側表面的一整個圓届日兮 i丨因圓周，且該至少兩列大體上一起跨 越該内壁之該内側表面的一整個高度。 8.如凊求項6之鐘罩，其中兮笼屏 丹T °亥等屏蔽部件之各者係建構自 妙。 •一在用於用來在-化學氣相沈積製程中將多晶體石夕沈 積於複數個受熱料上之—西Η子反應器類型之-鐘罩 中建構-輻射屏蔽的方法，該方法包括： 在該鐘罩之-内壁之一内側表面之周圍之至少一列中 提供複數個安裝部件’其，該内壁之該内側表面至少部 ㈣以承接該複數個受料棒之該鐘罩的一内 : = = : =數個熱_蔽部件，使得 之該内壁之該内側表二該鐘罩 製程期間該等熱輻射屏蔽部件大體上不;二予氣相沈積 ^ . 干Α體上不傳導從該鐘罩之 ^ :請求二之:複熱梦棒所發射的熱輻射。 吊架且1中複數個*、輕數個安裝部件包括複數個 數個屏蔽料之該㈣包括將該複 .、，、輻射屏臧可移除地懸爷於該等吊架上。 155349.doc 201142923 11 ·如請求項10之方法，其中兮 、*、… 中"亥專屏威部件之各者具有延伸 通過其中之一開口，其中 τ Μ錢數蔽可移除 地懸吊於該等吊架上包括將 ” ㈣吊架承接於該等屏蔽部 件的§玄等開口中。 12.如請求項9之方法，其進—步包括： 在該複數個安裝部件下於該内壁之該内側表面上提供 一平臺；及 在將該等熱輕射屏蔽部件安裝於該等安裝部件上時在 該平臺上支撐該等熱輻射屏蔽部件的底部。 13. —種減少一西門子反應器中歸因於由該西門子反應器之 一鐘罩之-内側空間中之受熱料所發射之熱輕^熱 損耗的方法，該方法包括： 供應電性能量至該西門子反應器之該鐘罩之該内側空 間中所佈置的該等矽棒，該等矽棒將該電性能量轉換成 熱能量’藉此該等矽棒發射熱輻射； 使用該鐘罩之該内側空間中之一熱輻射屏蔽反射且吸 收從該等矽棒所發射的該熱輻射，該熱輻射屏蔽係以對 置關係而牢固至該鐘罩之該内壁，其中該熱輻射屏蔽大 體上不傳導從該等矽棒所發射的該熱輻射。 14. 如請求項13之方法，其進一步包括減少將以其他方式入 射於該内壁上的入射熱輻射達約30%至約48〇/〇。 15. 如請求項13之方法，其進一步包括相較於不包含該熱輕 射屏蔽之一西門子反應器’減少供應至該等矽棒的總電 性能量達約20%至30°/^ 155349.doc