TWI605871B - 多晶矽製造裝置 - Google Patents

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Description

多晶矽製造裝置
本發明係關於一種用以製造多晶矽的裝置，尤指一種可冷卻藉由沉積矽於棒狀電橋上所形成之矽棒之上部的多晶矽製造裝置。
在太陽能發電與半導體產業中，多晶矽係作為基本原料使用，其需求也隨著相關產業在此領域的發展而快速上升。矽沉澱製程例如化學氣相沈積製程(chemical vapor deposition process, CVD process)是一種用以製造多晶矽的代表性方法，其利用矽烷原料氣體以形成固態的多晶矽。
透過矽沉澱製程，矽微粒會於高溫下由矽烷原料氣體經由氫還原反應以及熱分解而產生，且矽微粒可形成為棒型的多晶矽或是形成於粒子表面而沉澱為多晶矽，例如，可使用利用CVD反應器的西門子(Siemens)沉澱方法、使用利用流體化床反應器(fluidized bed reactor)的沉澱方法或與其類似的方法。
在多晶矽的製造過程中，西門子CVD反應器為進行批次製程的核心設備，在CVD方法中，直徑為7～10毫米且長度為2500～3000毫米之矽絲極配置於反應器中，並對矽絲極提供電力以產生電阻發熱，且在高壓的條件下注入一注入氣體約60～80小時，使得可產生直徑為120～150毫米的矽棒。
請參考第16圖，當矽利用CVD反應器沉積時，會依據氣流以及反應器的結構在矽棒的表面形成一高溫部分，第16圖之(a)的一般常態矽棒161具有平滑表面，但第16圖之(b)的矽棒則於其高溫部分具有爆米花結構(popcorns)163，當爆米花結構形成時，矽棒之表面則不平滑。
爆米花結構163使矽棒162的品質退化，造成多晶矽的售價減少。形成於矽棒162的爆米花結構163會產生弧形，而由弧形所引起的高溫會使矽熔融，且熔融的矽會滴落至CVD反應器的底部，造成製程的不連續性，亦即，爆米花結構163在製造多晶矽上造成經濟上損失。
於先前技術段落中所揭露的上述資訊僅用於增強本發明之背景技術的理解，因此可能會包含本國的熟悉該領域技藝者所了解且不構成為先前技術的資訊。
本發明致力於提供一種多晶矽製造裝置，其可藉由冷卻設置有棒狀電橋的矽棒的上部而避免在整體CVD反應製程中有爆米花結構的產生。
本發明之第一例示性實施例之多晶矽製造裝置包括：反應器，配置於基底上，並形成反應腔；一對引線，配置於基底中，並延伸至反應腔中；複數個棒狀絲極，配置於反應腔中之引線中，並透過棒狀電橋於棒狀絲極的上端相互連接棒狀絲極，且多晶矽的矽棒係藉由化學氣相沈積製程(chemical vapor deposition process, CVD process)由原料氣體形成於棒狀絲極處；以及冷卻噴嘴，用以噴灑冷卻氣體至沉積於棒狀電橋與棒狀絲極周圍的矽所形成的矽棒。
冷卻噴嘴可從低於棒狀電橋的一側腹邊噴灑冷卻氣體至沉積於棒狀電橋的矽，而冷卻噴嘴的側腹邊與棒狀電橋間隔一預定間隙。
冷卻噴嘴可包括：管路，以向下方向配置於反應器中或向上方向配置於基底中；板狀的噴嘴體，連接於管路之一端；以及複數個噴嘴尖口單元，以一預定間隔沿著噴嘴體的外圍排列，並用以噴灑冷卻氣體。
管路可向上配置於基底中，並於管路之一端與噴嘴體連接，而噴嘴體可包括另一噴嘴尖口單元，朝上設置於噴嘴體相反於管路之一側。
管路可具有至少一氣體輸入管而配置於基底中，且原料氣體經由管路注入，或管路可配置於基底中並與至少一氣體輸入管分隔開。
管路可向下配置於反應器中的上部，並於管路之一端與噴嘴體連接，而噴嘴體可包括另一噴嘴尖口單元，朝下設置於噴嘴體相反於管路之一側。
管路可包括：氣體通道，用以將冷卻氣體提供至噴嘴尖口單元；以及冷卻劑通道，雙重配置於氣體通道之外側，並藉由循環冷卻劑以冷卻冷卻氣體。
冷卻噴嘴可由耐熱鎳鉻鐵合金(Incoloy 800H、Incoloy 800)、不鏽鋼(SS316L、SS316)以及赫史特合金(Hastelloy)的其中一者所形成。
冷卻噴嘴可噴灑冷卻氣體並伴隨原料氣體。
冷卻氣體可包括氫氣或氯化氫。
冷卻氣體可另包括一矽烷化合物，矽烷化合物為二氯矽烷(dichlorosilane, DCS)、三氯矽烷(trichlorosilane, TCS)、甲矽烷(monosilane)以及四氯化矽(silicon tetrachloride, STC)的其中一者。
由原料氣體所形成的冷卻氣體可以一低於矽棒之表面溫度之溫度被提供。
冷卻噴嘴可包括：管路，以向下方向配置於反應器中或向上方向配置於基底中；噴嘴體，連接於管路之一端，且具有一預定長度；以及複數個噴嘴尖口單元，以在管路之長度方向上具有一高度差的方式排列在噴嘴體的外圍，並用以噴灑冷卻氣體。
於噴嘴尖口單元中，設置於管路之下部的噴嘴尖口單元可以一預定角度朝下設置，設置於管路之上部的噴嘴尖口單元可以一預定角度朝上設置，以及設置於管路之中央的噴嘴尖口單元可朝一水平方向設置。
冷卻噴嘴可包括：管路，以向下方向配置於反應器中或向上方向配置於基底中；複數個噴嘴體，以在管路之高度方向上具有一高度差的方式配置於管路上；以及複數個噴嘴尖口單元，以一預定間隔沿著各噴嘴體的外圍排列，並用以噴灑冷卻氣體。
如上所述，根據本發明例示性實施例，多晶矽製造裝置配置有冷卻噴嘴，因此，可噴灑冷卻氣體至沉積於棒狀電橋與絲極周圍的矽所形成的矽棒，以冷卻矽棒的上部或下部，據此，可避免爆米花結構在整體CVD反應中產生，因此，可改善矽棒的品質，並可提高多晶矽的售價。
下文將配合所附圖式說明本發明，並描述例示性實施例，且熟悉該項技藝者應知所描述的實施例可以進行所有未背離本發明之精神與技術範圍內的各種修改，圖式與說明書被視為說明性質而不具有限制性。相同或相似的元件於說明書中以相同之標號來標定。
第1圖繪示本發明第一例示性實施例之多晶矽製造裝置的上視示意圖，第2圖繪示第1圖之多晶矽製造裝置的透視示意圖。請參考第1圖與第2圖，本發明第一例示性實施例之多晶矽製造裝置包括冷卻噴嘴50，其用以噴灑冷卻氣體至配置於反應器10中的矽棒40。
冷卻噴嘴50可僅噴灑冷卻氣體，或可噴灑冷卻氣體以及原料氣體。可選擇地，當在低溫下供給原料氣體時，冷卻噴嘴50可僅噴灑原料氣體。
舉例而言，冷卻氣體可包括氫氣或氯化氫，氫氣或氯化氫可僅對於沉積的矽棒40產生冷卻功效而不對透過原料氣體生成矽棒40的過程產生干擾，冷卻噴嘴50可藉由以至少100 m/s的氣體速度噴灑冷卻氣體來冷卻矽棒40，而當在低溫與高速下供給原料氣體時，原料氣體可被應用為冷卻氣體。
另外，冷卻氣體可另包括矽烷化合物，而矽烷化合物為二氯矽烷(dichlorosilane, DCS)、三氯矽烷(trichlorosilane, TCS)、甲矽烷(monosilane)以及四氯化矽(silicon tetrachloride, STC)的其中一者，矽烷化合物例如DCS、TCS與甲矽烷可對於沉積的矽棒40造成冷卻功效並同時作為矽棒40的沉積原料。
第3圖繪示實施於第1圖與第2圖中之多晶矽製造裝置的主要部份（例如由西門子(Siemens)所製造的化學氣相沈積(CVD)反應器）的剖面示意圖。請參考第3圖，多晶矽製造裝置包括：反應器10，形成為反應腔11；一對引線20，配置於基底21；以及一對棒狀絲極30，配置於引線20中，並透過棒狀電橋31於棒狀絲極30的上端相互連接棒狀絲極30。
所提供的反應器10為鐘形反應器，並於基底21上形成反應腔11，且與基底21聯結而成為氣封結構，反應器10包括鐘形罩12以及腔體外罩13，鐘形罩12形成反應腔11，腔體外罩13與鐘形罩12相隔，使冷卻劑流動於鐘形罩12與腔體外罩13之間。
基底21藉由與反應器10聯結形成反應腔11，並配置有氣體輸入管22與氣體輸出管23，因此，原料氣體透過連接至含矽氣體源（圖未示）的氣體輸入管22流入反應腔11，而氣體經歷過CVD反應後透過氣體輸出管23排出至反應腔11外。
為了方便起見，氣體輸入管22配置於基底21的中心，但其實質上可配置於基底21的複數個地方。當第1圖與第2圖之冷卻噴嘴50被配置於基底21時，氣體輸入管22則配置於冷卻噴嘴50的周圍。
如第3圖所示，當氣體輸入管22配置於基底21的中心時，用以噴灑冷卻氣體的冷卻噴嘴（圖未示）可藉由移除氣體輸入管22的噴嘴並以延伸氣體輸入管22的管路來裝配。
一對電性引線20由基底21之外側延伸至反應腔11中，而被棒支持部24所支撐的電極25連接電性引線20之端點。
棒狀絲極30以一對或更多的數量配置於反應腔11中，特別的是，一對的棒狀絲極30於反應腔11中相互間隔，並在垂直棒狀絲極30的方向上彼此以一距離間隔，且透過棒狀電橋31於棒狀絲極30的上端相互連接棒狀絲極30。
另外，一對的棒狀絲極30透過其下端之電極25和電性引線20與外部電力提供源連接，因此，一對的棒狀絲極30搭配棒狀電橋31可形成單一電路。
透過電性引線20與電極25提供電流給棒狀絲極30，且當原料氣體提供至反應腔11時，棒狀絲極30已被加熱，因此被包括於原料氣體之氯矽烷化合物(chlorosilane compound)會被熱分解於反應腔11中。
氯矽烷化合物分解之後，多晶矽會透過化學氣相沈積(CVD)形成於熱紅的棒狀絲極30與棒狀電橋31的表面，因為多晶矽以多晶之形式沉澱於棒狀絲極30與棒狀電橋31的表面部分，所以矽棒40與棒狀電橋31之直徑可被增加至所期望的直徑。
如上所述，當多晶矽沉澱於棒狀絲極30與棒狀電橋31上且形成矽棒40，冷卻噴嘴50噴灑冷卻氣體至矽棒40以冷卻沉積於棒狀電橋31周圍的矽所形成的矽棒40。
考慮矽的沉澱溫度，三氯矽烷(TCS) (SiHCl3 + H2 → Si + SiHCl3 + SiCl4 + HCl + H2 )、二氯矽烷(DCS)、四氯化矽(STC)或甲矽烷(SiH4 → Si + H2)可作為原料氣體。
第4圖繪示第1圖中矽棒與冷卻噴嘴之間的關係的運轉狀態圖。請參考第4圖，冷卻噴嘴50從低於棒狀電橋31的側腹邊噴灑冷卻氣體至沉積於棒狀電橋31的矽，而冷卻噴嘴50的側腹邊與棒狀電橋31之間被隔開一預定間隙H，冷卻噴嘴50朝上配置並位於反應器10的下側。
第5圖繪示實施於本發明第一例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的上視示意圖，第6圖繪示第5圖之冷卻噴嘴的側視示意圖。為了方便起見，請參考第4圖至第6圖，冷卻噴嘴50包括：管路51，配置於基底21中；板狀的噴嘴體52，連接於管路51之一端；以及複數個噴嘴尖口單元53，以一預定間隔排列於噴嘴體52的外圍，並用以噴灑冷卻氣體。
噴嘴尖口單元53從低於棒狀電橋31的冷卻噴嘴50的側腹邊噴灑冷卻氣體至沉積於棒狀電橋31的矽，以致於避免矽棒40的上部過熱，而其側腹邊與棒狀電橋31之間被隔開一預定間隙H。
請參考第1圖至第6圖，管路51由基底21向上配置，並於管路51之一端與噴嘴體52連接。在此狀況下，當沒有氣體輸入管配置於基底21之中心時，管路51可被一新管路所取代。
噴嘴體52包括另一噴嘴尖口單元54，朝上設置於噴嘴體52相反於管路51之一側，朝上的噴嘴尖口單元54可避免冷卻噴嘴50的上部在反應器10與反應腔11中過熱，藉此避免矽棒40的上部過熱。
冷卻噴嘴50、管路51、噴嘴體52以及噴嘴尖口單元53、54可由耐熱鎳鉻鐵合金(Incoloy 800H、Incoloy 800)、不鏽鋼(SS316L、SS316)或赫史特合金(Hastelloy)所形成。
上述的材料不會影響到多晶矽沉澱的純度，並在高溫下（例如超過1000°C）安定，且其不昂貴並有抗腐蝕性。
以下將對本發明第二例示性實施例進行說明，為了方便描述，將對相同於上述第一例示性實施例的組態的描述省略，而對不同於上述第一例示性實施例的組態進行說明。
第7圖繪示本發明第二例示性實施例之多晶矽製造裝置之矽棒與冷卻噴嘴之間的關係的運轉狀態圖，第8圖繪示實施於本發明第二例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。
請參考第7圖與第8圖，本發明第二例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴250由反應器10的上側向下配置。
冷卻噴嘴250包括：管路251，配置於反應器10中；板狀的噴嘴體252，連接於管路251之一端；以及噴嘴尖口單元253，以一預定間隔排列於噴嘴體252的外圍，並用以噴灑冷卻氣體。
噴嘴尖口單元253從低於棒狀電橋31較低的冷卻噴嘴50的側腹邊噴灑冷卻氣體至沉積於棒狀電橋31的矽，以致於避免矽棒40的上部過熱，而其側腹邊與棒狀電橋31之間被隔開一預定間隙H。
管路251由反應器10的上側向下配置，並於管路251之一端與噴嘴體252連接。噴嘴體252包括另一噴嘴尖口單元254，朝下設置於噴嘴體252相反於管路251之一側，其朝下的噴嘴尖口單元254避免冷卻噴嘴50的下部在反應器10與反應腔11中過熱。
第9圖繪示實施於第8圖之冷卻噴嘴的剖面示意圖。為了方便起見，請參考第9圖，管路251配置有氣體通道255以及冷卻劑通道256，冷卻氣體透過氣體通道255供給至噴嘴尖口單元253、254，冷卻劑通道256用以冷卻氣體通道255。
冷卻劑通道256雙重配置於氣體通道255之外側，並供給低溫的冷卻劑以冷卻氣體通道255，低溫的冷卻劑在循環的同時冷卻氣體通道255以冷卻供給給噴嘴體252之冷卻氣體，並成為高溫的冷卻劑，因此，冷卻氣體噴灑至形成於棒狀電橋31周圍之矽棒40並同時使其維持低溫狀態，使得配置有棒狀電橋31的矽棒40之上部可被有效的冷卻。
第10圖之(a)~(b)分別呈現當實施於本發明例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴之冷卻噴灑方向為六個方向(a)與十二個方向(b)的氣體流速分布之模擬結果。
請參考第10圖，在第10圖之(a)的冷卻噴嘴50(250)中，六個噴嘴尖口單元53(253)開啟，並於同一平面中的六個等間隔方向噴灑冷卻氣體（例如冷卻氣體或原料氣體），而在第10圖之(b)中，十二個噴嘴尖口單元53(253)開啟，並於同一平面中的十二個等間隔方向噴灑冷卻氣體。第10圖之(a)~(b)呈現於反應器10之反應腔11之垂直方向上的氣體流速變化。
亦即，相比之下，於反應器10之反應腔11之垂直方向上的氣體流速變化中，在六個方向(a)的氣體流速變化較高，在十二個方向(b)的氣體流速變化較低，亦即，十二個方向(b)的氣體流速變化相較於六個方向(a)的氣體流速變化較為均勻。
第11圖之(a)~(b)分別呈現第10圖的六個方向(a)之冷卻噴灑方向與第10圖的十二個方向(b)之冷卻噴灑方向的在冷卻噴嘴周圍之氣體流速分布圖。請參考第11圖，在第11圖之(a)的冷卻噴嘴50 (250)中，六個噴嘴尖口單元53 (253)開啟，並於六個等間隔方向噴灑冷卻氣體，而在第11圖之(b)中，十二個噴嘴尖口單元53 (253)開啟，並於十二個等間隔方向噴灑冷卻氣體。第11圖之(a)~(b)呈現於反應器10之水平方向上的氣體流速變化。
相比之下，當冷卻噴灑以六個方向(a)施行時，矽棒的一部分受到冷卻效果，另一部分則無受到冷卻效果，而當冷卻噴灑以十二個方向(b)施行時，大部分的矽棒受到冷卻效果。
亦即，冷卻噴灑以十二個方向(b)施行之冷卻效果的分布相較於冷卻噴灑以六個方向(a)施行之冷卻效果的分布較為均勻，據此，冷卻噴灑方向可依據反應器10的結構來改變與使用。
第12圖之(a)~(c)分別呈現氣體向量分布圖之模擬結果以比較傳統方法(a)以及本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置(b和c)。
請參考第12圖，因為傳統方法(a)不包括冷卻噴嘴，所以氣體向量a1的流向如同由反應器310之基底（圖未示）所供給之原料氣體而由反應器310之基底流至鐘形罩312，流速約3.35 m/s。
然而，根據本發明第一例示性實施例，冷卻噴嘴50向上配置於基底21中，氣體向量b1的流向由反應器10之基底21流至冷卻噴嘴50，其流速約2.29 m/s，另一氣體向量b2的流向如同冷卻噴嘴50所噴灑的冷卻氣體而流至反應器10之鐘形罩12的頂端，另一氣體向量b3形成於冷卻噴嘴50的上部，其流向橫越氣體向量b1之上部且介於氣體向量b2之側腹邊與反應器10之鐘形罩12之間。
因為氣體向量b2、b3藉由冷卻氣體加入至由原料氣體所形成的氣體向量b1，所以由沉積於棒狀電橋31周圍的矽所形成的矽棒40的上部可被有效的冷卻。
另外，當本發明第二例示性實施例之冷卻噴嘴250向下配置於反應器10中，氣體向量c1的流向由反應器10之基底21流至冷卻噴嘴250，其流速約2.09 m/s，另一氣體向量c2的流向如同冷卻噴嘴250所噴灑的冷卻氣體而由冷卻噴嘴250流至基底21，另一氣體向量c3之流向由為冷卻噴嘴250上部的反應器10之鐘形罩12的頂端流至冷卻噴嘴250。
因為氣體向量c2、c3藉由冷卻氣體加入至由原料氣體所形成的氣體向量c1，所以由沉積於棒狀電橋31周圍的矽所形成的矽棒40的上部可被有效的冷卻。
第13圖之(a)~(c)分別呈現氣體溫度分布圖之模擬結果以比較傳統方法(a)以及本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置(b和c)。
請參考第13圖，在傳統方法(a)中，最低溫係分布在用以供給原料氣體的反應器310之基底（圖未示），而最高溫係分布於反應器310之上部區域319。
當本發明第一例示性實施例之冷卻噴嘴50向上配置於基底21時，亦即，在情況(b)中，最低溫係分布在管路51的周圍與冷卻噴嘴50之上部區域19，亦即，沉積於棒狀電橋31周圍的矽所形成的矽棒40可被有效的冷卻。
另外，當本發明第二例示性實施例之冷卻噴嘴250向下配置時，亦即，在情況(c)中，最低溫分布在管路251的周圍與冷卻噴嘴250之上部區域219，亦即，沉積於棒狀電橋31周圍的矽所形成的矽棒40可被有效的冷卻。
第14圖之(a)~(b)分別呈現矽棒之表面溫度分布圖之模擬結果以比較傳統方法(a)以及本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置(b)。
請參考第14圖，與傳統方法(a)中的矽棒340之表面溫度分布相比，當本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例配置有冷卻噴嘴50(250)時，矽棒40之表面溫度分布較為減少。
另外，與傳統方法(a)中的矽棒340之棒狀電橋331周圍的表面溫度分布相比，當本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例配置有冷卻噴嘴50(250)時，矽棒40之棒狀電橋31周圍的表面溫度較為減少，亦即，在相同的條件下，本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之矽棒340之上部與下部之間的溫度偏差相較於傳統方法較為降低，因此，矽棒340之溫度可更加提升。據此，本發明第一與第二例示性實施例可提升生產率且降低電強度。
第15圖之(a)~(b)分別呈現本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置之管路與冷卻噴嘴的表面溫度分布圖之模擬結果。
請參考第15圖，本發明第一例示性實施例之冷卻噴嘴50向上配置於反應器10之反應腔11中，本發明第二例示性實施例之冷卻噴嘴250配置於反應器之鐘形罩12中並向下於反應器10之反應腔11中。
將本發明第一例示性實施例與本發明第二例示性實施例相比，第二例示性實施例之冷卻噴嘴250之表面溫度（約200°C）低於第一例示性實施例之表面溫度（約300°C），因此，於反應器10的上部中向下配置於鐘形罩12的冷卻噴嘴250在供給冷卻氣體以降低矽棒40之棒狀電橋31之周圍的表面溫度上較有利於冷卻噴嘴50向上配置於基底21。
第17圖繪示實施於本發明第三例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖，第18圖繪示實施於本發明第四例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。
請參考第17圖與第18圖，本發明第三例示性實施例之冷卻噴嘴350之管路351與第四例示性實施例之冷卻噴嘴450之管路451向上與向下配置於反應器或基底中。管路351可向上配置於基底，而管路451可向下配置於反應器中。
噴嘴體352、452連接於管路351、451的一端，且各噴嘴體352、452在各管路351、451的高度方向上具有一預定長度。噴嘴尖口單元353、453以管路351、451的長度方向所設置的階差沿著噴嘴體352、452的外圍排列。
另外，如同本發明第一與第二例示性實施例之噴嘴尖口單元53、253，本發明第三與第四例示性實施例之噴嘴尖口單元353、453沿著外圍方向排列於噴嘴體352、452之外圍，亦即，在第三與第四例示性實施例中，冷卻噴嘴350、450可在矽棒的長方向之一預定範圍內噴灑冷卻氣體。
於噴嘴尖口單元353、453中，設置於管路351、451之下部的噴嘴尖口單元以一預定角度向下噴灑冷卻氣體，設置於管路351、451之上部的噴嘴尖口單元以一預定角度向上噴灑冷卻氣體，另外，設置於管路351、451之中央的噴嘴尖口單元以水平方向噴灑冷卻氣體。
第19圖繪示實施於本發明第五例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖，第20圖繪示實施於本發明第六例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。
請參考第19圖與第20圖，本發明第五例示性實施例之冷卻噴嘴550與第六例示性實施例之冷卻噴嘴450向上與向下配置於反應器或基底中，管路551由基底向上配置，管路651向下配置於反應器中。
噴嘴體552、652分別以複數個配置且以在各管路551、651之高度方向上之高度差配置於管路551、651，噴嘴尖口單元553、653以一預定間隔沿著噴嘴體552、652的外圍排列，並用以噴灑冷卻氣體，亦即，在本發明第五與第六例示性實施例中，冷卻噴嘴550、650可在矽棒的長方向之一預定範圍內噴灑冷卻氣體。
另外，冷卻噴嘴350、450、550、650另包括面朝向上或面朝向下的噴嘴尖口單元354、454、554、654，使得可如同本發明第一與第二例示性實施例之噴嘴尖口單元54、254向下或向上噴灑冷卻氣體。 雖然本發明已特別地對例示性實施例搭配圖示與說明進行詳述，但本發明不被所揭露的實施例所限制，而相反的，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10、310‧‧‧反應器
11‧‧‧反應腔
12、312‧‧‧鐘形罩
13‧‧‧腔體外罩
19、219、319‧‧‧上部區域
20‧‧‧引線
21‧‧‧基底
22‧‧‧氣體輸入管
23‧‧‧氣體輸出管
24‧‧‧棒支持部
25‧‧‧電極
30‧‧‧棒狀絲極
31、331‧‧‧棒狀電橋
40、161、162、340‧‧‧矽棒
50、250、350、450、550、650‧‧‧冷卻噴嘴
51、251、351、451、551、651‧‧‧管路
52、252、352、452、552、652‧‧‧噴嘴體
53~54、253~254、353~354、453~454、553~554、653~654‧‧‧噴嘴尖口單元
163‧‧‧爆米花結構
255‧‧‧氣體通道
256‧‧‧冷卻劑通道
a1、b1、b2、b3、c1、c2、c3‧‧‧氣體向量
H‧‧‧預定間隙
第1圖繪示本發明第一例示性實施例之多晶矽製造裝置的上視示意圖。 第2圖繪示第1圖之多晶矽製造裝置的透視示意圖。 第3圖繪示實施於第1圖與第2圖中之多晶矽製造裝置的主要部份（例如由西門子(Siemens)所製造的化學氣相沈積(CVD)反應器）的剖面示意圖。 第4圖繪示第1圖中矽棒與冷卻噴嘴之間的關係的運轉狀態圖。 第5圖繪示實施於本發明第一例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的上視示意圖。 第6圖繪示第5圖之冷卻噴嘴的側視示意圖。 第7圖繪示本發明第二例示性實施例之多晶矽製造裝置之矽棒與冷卻噴嘴之間的關係的運轉狀態圖。 第8圖繪示實施於本發明第二例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。 第9圖繪示實施於第8圖之冷卻噴嘴的剖面示意圖。 第10圖之(a)~(b)分別呈現當實施於本發明例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴之冷卻噴灑方向為六個方向(a)與十二個方向(b)的氣體流速分布之模擬結果。 第11圖之(a)~(b)分別呈現第10圖的六個方向(a)之冷卻噴灑方向與第10圖的十二個方向(b)之冷卻噴灑方向的在冷卻噴嘴周圍之氣體流速分布圖。 第12圖之(a)~(c)分別呈現氣體向量分布圖之模擬結果以比較傳統方法(a)以及本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置(b和c)。 第13圖之(a)~(c)分別呈現氣體溫度分布圖之模擬結果以比較傳統方法(a)以及本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置(b和c)。 第14圖之(a)~(b)分別呈現矽棒之表面溫度分布圖之模擬結果以比較傳統方法(a)以及本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置(b)。 第15圖之(a)~(b)分別呈現本發明第一例示性實施例與第二例示性實施例之冷卻噴嘴配置之管路與冷卻噴嘴的表面溫度分布圖之模擬結果。 第16圖之(a)~(b)分別呈現藉由傳統多晶矽製造裝置所製造的一般常態矽棒(a)與形成有爆米花結構之矽棒(b)的照片。 第17圖繪示實施於本發明第三例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。 第18圖繪示實施於本發明第四例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。 第19圖繪示實施於本發明第五例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。 第20圖繪示實施於本發明第六例示性實施例之多晶矽製造裝置之冷卻噴嘴的側視示意圖。
10‧‧‧反應器
21‧‧‧基底
40‧‧‧矽棒
50‧‧‧冷卻噴嘴

Claims (13)

  1. 一種多晶矽製造裝置，包括：一反應器，配置於一基底上，並形成一反應腔；一對引線，配置於該基底中，並延伸至該反應腔中；複數個棒狀絲極，配置於該反應腔中之該等引線中，並透過一棒狀電橋於該等棒狀絲極的上端相互連接該等棒狀絲極，且一多晶矽的矽棒係藉由一化學氣相沈積製程(chemical vapor deposition process,CVD process)由一原料氣體形成於該等棒狀絲極處；以及一冷卻噴嘴，用以噴灑一冷卻氣體至沉積於該棒狀電橋與該棒狀絲極周圍的矽所形成的該矽棒，其中該冷卻噴嘴包括：一管路，以向下方向配置於該反應器中或向上方向配置於該基底中；一噴嘴體，連接於該管路之一端，且具有一預定長度；以及複數個噴嘴尖口單元，以在該管路之長度方向上具有一高度差的方式排列在該噴嘴體的外圍，並用以噴灑該冷卻氣體，其中於該等噴嘴尖口單元中，設置於該管路之下部的該等噴嘴尖口單元以一預定角度朝下設置，設置於該管路之上部的該等噴嘴尖口單元以一預定角度朝上設置，以及設置於該管路之中央的該等噴嘴尖口單元朝一水平方向設置。
  2. 如請求項1所述之多晶矽製造裝置，其中該冷卻噴嘴從低於該棒狀電橋的一側腹邊噴灑該冷卻氣體至沉積於該棒狀電橋的矽，而該冷卻噴嘴的該側腹邊與該棒狀電橋間隔一預定間隙。
  3. 如請求項1所述之多晶矽製造裝置，其中該噴嘴體為板狀。
  4. 如請求項3所述之多晶矽製造裝置，其中該管路具有至少一氣體輸入管而配置於該基底中，且該原料氣體經由該管路注入，或該管路配置於該基底中並與至少一氣體輸入管分隔開。
  5. 如請求項3所述之多晶矽製造裝置，其中該管路向上配置於該基底中，並於該管路之一端與該噴嘴體連接，而該噴嘴體包括另一噴嘴尖口單元，朝上設置於該噴嘴體相反於該管路之一側。
  6. 如請求項3所述之多晶矽製造裝置，其中該管路向下配置於該反應器中的上部，並於該管路之一端與該噴嘴體連接，而該噴嘴體包括另一噴嘴尖口單元，朝下設置於該噴嘴體相反於該管路之一側。
  7. 如請求項3所述之多晶矽製造裝置，其中該管路包括：一氣體通道，用以將該冷卻氣體提供至該等噴嘴尖口單元；以及一冷卻劑通道，雙重配置於該氣體通道之外側，並藉由循環一冷卻劑以冷卻該冷卻氣體。
  8. 如請求項1所述之多晶矽製造裝置，其中該冷卻噴嘴由耐熱鎳鉻鐵合金(Incoloy 800H、Incoloy 800)、不鏽鋼(SS316L、SS316)以及赫史特合金(Hastelloy)的其中一者所形成。
  9. 如請求項1所述之多晶矽製造裝置，其中該冷卻噴嘴噴灑該冷卻氣體 並伴隨該原料氣體。
  10. 如請求項1所述之多晶矽製造裝置，其中該冷卻氣體包括氫氣或氯化氫。
  11. 如請求項10所述之多晶矽製造裝置，其中該冷卻氣體另包括一矽烷化合物，該矽烷化合物為二氯矽烷(dichlorosilane,DCS)、三氯矽烷(trichlorosilane,TCS)、甲矽烷(monosilane)以及四氯化矽(silicon tetrachloride,STC)的其中一者。
  12. 如請求項11所述之多晶矽製造裝置，其中由該原料氣體所形成的該冷卻氣體以一低於該矽棒之表面溫度之溫度被提供。
  13. 一種多晶矽製造裝置，包括：一反應器，配置於一基底上，並形成一反應腔；一對引線，配置於該基底中，並延伸至該反應腔中；複數個棒狀絲極，配置於該反應腔中之該等引線中，並透過一棒狀電橋於該等棒狀絲極的上端相互連接該等棒狀絲極，且一多晶矽的矽棒係藉由一化學氣相沈積製程(chemical vapor deposition process,CVD process)由一原料氣體形成於該等棒狀絲極處；以及一冷卻噴嘴，用以噴灑一冷卻氣體至沉積於該棒狀電橋與該棒狀絲極周圍的矽所形成的該矽棒，其中該冷卻噴嘴包括：一管路，以向下方向配置於該反應器中或向上方向配置於該基底中；複數個噴嘴體，以在該管路之高度方向上具有一高度差的方式配置於該 管路上；以及複數個噴嘴尖口單元，以一預定間隔沿著各該噴嘴體的外圍排列，並用以噴灑該冷卻氣體。
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