TWI789542B - 芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法 - Google Patents

Abstract

本案提供一種芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法，能夠提升對矽芯線之根部的矽沉積，並進一步提升對整個矽芯線的矽沉積。芯線持具(10A)具備呈實質上截頭圓錐形狀且為碳製的芯線保持部(12A)。芯線保持部(12A)之上端表面(12a)形成有芯線插入孔(13A)，其係保持被插入的矽芯線(4A)。實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度(θ)係為10°以上且30°以下。介於芯線保持部(12A)之上端表面(12a)之外周與所述芯線插入孔(13A)中所述矽芯線(4A)所接觸的內壁面(13a)之間的所述芯線保持部(12A)之邊寬(L)至少於一處為3mm以下。

Description

芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法

本發明係關於矽製造裝置當中的鐘罩型反應爐中所配置用來保持矽芯線的芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法。

習知技術中，矽被用作半導體或是太陽能發電用晶圓之原料，而作為其製造方法之一，例如西門子法乃廣為人知。西門子法的矽製造方法當中，係在鐘罩型反應爐內，以芯線持具將矽芯線豎立保持之狀態下，供給氫氣及三氯矽烷的混合氣體。據此使得矽芯線周圍有矽沉積生長，因而可以獲得多晶矽(poly-silicon)。

於此，作為習知的矽製造裝置，例如專利文獻1當中揭示了芯線持具的形狀係為設有朝上方縮小直徑的錐形部，其相對於該錐形部之垂線的角度係為35°以上65°以下。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2009-256191號公報

然而，上述的專利文獻1所揭露的芯線持具當中存在以下問題：由於圓錐形的錐形角度大，使得要通往芯線持具所豎立的矽芯線之根部的原料氣體的噴射角度被縮窄，導致對矽芯線的矽沉積受到抑制。

本發明係為有鑑於上述習知技術中的問題點而完成，其目的為提供能夠提升對矽芯線之根部的矽沉積，進而提升對整個矽芯線的矽沉積的芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法。

本發明一態樣之芯線持具為了解決上述問題而具有以下特徵：芯線持具具備呈實質上截頭圓錐形狀且為碳製的芯線保持部；所述芯線保持部之上端表面形成有芯線插入孔，其係保持被插入的矽芯線；所述實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度係為10°以上且30°以下；介於所述芯線保持部之上端表面之外周與所述芯線插入孔中所述矽芯線所接觸的內壁面之間的所述芯線保持部的厚度於至少一處為3mm以下。

根據本發明之一態樣所達到之功效為提升對矽芯線之根部的矽沉積，進而提升對整個矽芯線的矽沉積的芯線持具、矽製造裝置及矽製造方法。

1A:鐘罩型反應爐

1B:鐘罩型反應爐

2:(鐘罩型反應爐)底板

3:電極

3a:凸部

4A:矽芯線

4B:矽芯線

5:多晶矽

6:冷卻機構

7:楔件

10A:芯線持具

10B:芯線持具

10X:芯線持具

11:(芯線持具)基部

11a:凹部

12A:芯線保持部

12a:上端表面

12B:芯線保持部

12c:外周表面

12X:芯線保持部

13A:芯線插入孔

13a:內壁面

13B:芯線插入孔

13b:底部

A-A’:剖面線

D:(芯線持具)直徑

D1:(芯線保持部)最大厚度

H:(芯線持具)高度

h1:(截頭圓錐)高度

h2:(插入孔)高度

L:邊寬

θ:角度

〔圖1〕(a)係為表示本發明之實施型態1當中芯線持具之構成的剖面圖；(b)係為表示所述芯線持具之構成，為(a)圖中的A-A’線剖面圖；(c)係為表示所述芯線持具之芯線保持部之上端表面之構成的擴大前視圖。

〔圖2〕係為表示具備所述芯線持具的鐘罩型反應爐之一構成的剖面圖。

〔圖3〕(a)係為表示所述芯線持具的變形例之構成的剖面圖；(b)係為表示所述芯線持具之構成，為(a)圖中的A-A’線剖面圖；(c)係為表示所述芯線持具之芯線保持部之上端表面之構成的擴大前視圖。

〔圖4〕(a)係為表示實施型態1當中芯線持具的變形例之構成的平面立體圖；(b)係為表示所述芯線持具之構成，為(a)圖中的A-A’線剖面圖。

〔圖5〕(a)係為表示實施型態2當中芯線持具之構成的剖面圖；(b)係為表示所述芯線持具之構成，為(a)圖中的A-A’線剖面圖；(c)係為表示所述芯線持具之芯線保持部之上端表面之構成的擴大前視圖。

〔圖6〕(a)係為表示所述芯線持具的變形例之構成的剖面圖；(b)係為表示所述芯線持具之構成的立體圖。

〔圖7〕(a)-(c)係為表示本實施型態中芯線持具的比較例之構成，表示出芯線持具之構成、對矽芯線的多晶矽之沉積狀態的剖面圖。

[實施形態1]

關於本發明一實施形態，基於圖1-4及圖7進行以下說明。

本實施形態的芯線持具係配置在矽製造裝置當中的鐘罩型反應爐中，係用來保持矽芯線及進行通電之物。更具體地說係關於芯線持具，其設置於鐘罩型反應爐之底板上所配置的電極上。首先根據圖2來說明關於鐘罩型反應爐之構成。圖2係為表示本實施形態之矽製造裝置當中鐘罩型反應爐1A之構成的剖面圖。

於本實施形態當中，作為矽製造裝置，以例如西門子法來製造多晶矽。於西門子法當中，如圖2所示般，藉由在鐘罩型反應爐1A中以氫氣(H₂)來還原作為矽烷氣體的三氯化矽(SiHCl₃)，以沉積高純度多晶矽。

鐘罩型反應爐1A係如圖2所示般，具備配置於底板2的至少一對電極3，並且於電極3的上側分別地設置由碳所形成的芯線持具10A，其係用以保持矽芯線4A。芯線持具10A具有芯線保持部12A，其上部形成有芯線插入孔13A，矽芯線4A係藉著插入至芯線插入孔13A而豎立設置。

於具備所述構成的鐘罩型反應爐1當中，藉著透過芯線持具10A從電極3通電至矽芯線4A而呈900-1100℃的赤熱狀態下，由下側將三氯化矽(SiHCl₃)及氫氣(H₂)供給至反應器內。其結果為多晶矽5沉積至矽芯線4A，最終多晶矽5生長至100-150mm直徑的厚度。

根據圖1(a)(b)(c)來說明所述芯線持具10A及電極3的詳細構成。圖1(a)係為表示本實施形態1當中芯線持具10A及電極3之構成的剖面圖。圖1(b)係為表示芯線持具10A之構成，係為圖1(a)A-A’線的剖面圖。圖1(c)係為表示芯線持具10A當中芯線保持部12A之上端表面12a之構成的擴大前視圖。

如圖1(a)所示般，本實施形態的電極3係由金屬電極所形成，且具有基於例如水冷等的冷卻機構6，於多晶矽5沉積至矽芯線4A的期間，使該電 極3受到冷卻。據此使得電極3受到保護避免高溫氣氛，並且也防止多晶矽5沉積至該電極3。

芯線持具10A係接合至電極3的上側來保持矽芯線4A，並且將來自電極3的電勢施加至矽芯線4A進行通電。作為芯線持具10A及電極3的接合方法，只要是能夠平穩的進行通電即可，並無特別限制，惟可列舉例如藉由螺絲型(螺合型)、吻合型、研缽型等形狀來進行接合的態樣為較佳。

芯線持具10A可為例如碳製，以使來自電極3的電勢施加至矽芯線4A進行通電。然而，芯線持具10A可不限為碳製。然而，碳製的芯線持具10A具有對矽芯線4A通電所需的導電性，並且也具備微小的導熱率，以使得含冷卻機構6之電極3的冷空氣不會達到矽芯線4A，就此點來說為較佳。此外，碳製的芯線持具10A的熱膨脹率小，可防止芯線持具10A高溫時變形，就此點來說亦為較佳。

芯線持具10A係如圖1(a)(c)所示般，具有：形成於下部的基部11；以及形成於上部且具有截頭圓錐形狀的芯線保持部12A。

基部11係使芯線持具10A及電極3接合的部分，於本實施型態當中，其於靠電極3側上所形成之凹部11a中有電極3之凸部3a嵌合於其中，藉此使得兩者接合為一體。基部11的外形形狀可為例如截頭圓錐形狀。惟，基部11的形狀不必限於截頭圓錐形狀，亦可為例如後述實施型態2中圖6(a)(b)所示的圓柱形狀，或者如圖3(b)及圖4(b)所示般呈倒截頭圓錐形狀。

芯線持具10A的芯線保持部12A於本實施型態當中係如圖1(a)所示般，為前端變細的截頭圓錐形狀，於截頭圓錐之上端表面12a形成有供插入矽芯線4A並將其保持的芯線插入孔13A。

芯線插入孔13A中插入例如具有一邊長度為5-12mm的正方形剖面形狀的矽芯線4A。矽芯線4A如圖2所示般，從一邊的電極3電連接至另一邊的電極3。

針對本實施型態的芯線保持部12A的截頭圓錐形狀之細節進行說明。

如習知技術般，當芯線持具中實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度大時，原料氣體往矽芯線之根部的流通受到抑制，其結果為矽芯線上的矽沉積變緩，整個矽芯線的矽沉積也變緩。

因此，於本實施型態當中，藉著使芯線持具中實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度與習知技術中不同，以使矽芯線根部上的矽沉積得到改善。

具體來說，如圖1(a)所示般，本實施型態的芯線持具10A當中，作為芯線保持部12A的截頭圓錐形狀，軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且30°以下。於實驗結果當中可知，軸線與母線之間所形成的角度θ係以11°以上25°以下為較佳；以11°以上16°以下為更佳；又以11°以上且小於15°為最佳。例如，圖3(a)(b)(c)所示的芯線持具10A係表示當角度θ=25°之情形；圖4(a)(b)所示的芯線持具10A係表示當角度θ=11°之情形。

據此使得芯線保持部12A成為朝上方變細的尖銳形狀，使得原料氣體往矽芯線4A之根部的流通得到改善，並使原料氣體之供給量增加，促進於矽芯線4A之根部處的沉積，使多晶矽5的沉積更早地穩定。

此外，當角度θ小於10°時，芯線保持部12A的厚度(芯線保持部12A之外周表面12c與芯線插入孔13A的內壁面13a之間的距離)變得太薄，無法 保持支撐矽芯線4A的強度，因此為不佳。此外，當角度θ大於30°時，對矽芯線4A之根部的多晶矽5之沉積的生長受到抑制，因此為不佳。

此外，於本實施型態的芯線持具10A當中，如圖3(b)及圖4(b)所示般，從上端表面12a起至芯線插入孔13A之底部13b的範圍內，介於芯線保持部12A之外周表面12c與芯線插入孔13A的內壁面13a之間的芯線保持部12A的最大厚度D1係為30mm以下。最大厚度D1較佳為25mm以下；又以20mm以下為更佳。藉此確保芯線持具10A的角度θ為10°以上且為30°以下，除此之外，從上端表面12a以下至芯線插入孔13A之底部間之部分的外周表面12c的厚度，將其設定為30mm以下，藉此，可防止芯線持具10A及其上端部分之芯線保持部12A受到具冷卻機構6之電極3影響而冷卻。

於此，於本實施型態當中，圖3(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，由於芯線持具10A當中，芯線持具10A所具10°以上且30°以下的角度θ=25°，因此此角度θ=25°沿著軸線延續到截頭圓錐高度h1=37.5mm。其結果為，截頭圓錐高度h1跨越至少10mm的範圍。此外，圖3(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，介於芯線插入孔13A之底部13b的內壁面13a與外周表面12c之間的芯線保持部12A的最大厚度D1=20.5mm，符合最大厚度D1為30mm以下。此外，圖3(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，插入孔高度h2=40mm；芯線持具10A的整體高度h=130mm。此外，芯線持具10A的直徑D=50mm。

此外，圖4(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，角度θ=11°係沿著軸線延續到截頭圓錐高度h1=90mm，截頭圓錐高度h1跨越至少10mm的範圍。此外，介於芯線插入孔13A之底部13b的內壁面13a與外周表面12c之間的芯線保持部12A的最大厚度D1=11.1mm，符合最大厚度D1為30mm以下。此外，圖 4(a)(b)(c)所示芯線持具10A當中，插入孔高度h2=40mm，芯線持具10A的整體高度h=130mm。芯線持具10A的直徑D=50mm。

此外發現到，作為芯線保持部12A之形狀，即使是如此般將實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度θ設定在10°以上且30°以下，若實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部12A之上端表面12a的厚度-即邊寬L若偏大，則尚難稱之適於多晶矽的生長。具體地說，如同比較例之芯線持具10X的圖7(a)當中以實線所示般，當實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部12X之上端表面12a的厚度-即邊寬L偏大時，如圖7(b)所示般，於沉積至矽芯線4A的沉積初始階段時，存有著可能因為對矽芯線4A之根部的多晶矽5的生長不足而導致矽芯線4A倒塌之風險。其原因為，本實施型態的鐘罩型反應爐1當中，原料氣體難以抵達矽芯線4A之根部，因此使得對矽芯線4A之根部的多晶矽5之沉積變慢。此外，如圖7(c)所示般，對矽芯線4A多晶矽5之沉積之後的冷卻期間，由於熱收縮所引起的應力產生，導致從上端表面12a附近產生裂縫，導致容易產生多晶矽5所沉積的矽芯線4A倒塌的現象。

因此，本實施型態的芯線持具10A當中，實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部12A之上端表面12a的厚度-即邊寬L當中於至少一處為3mm以下。此外，邊寬中的至少一處係指下述部分。也就是如圖3(a)(b)所示般，於本實施型態的芯線保持部12A當中，對著一邊尺寸為約8.4mm的正方形剖面的芯線插入孔13A插入一邊尺寸為8.0mm的正方形剖面的矽芯線4A，並如圖3(a)(b)(c)所示般，於芯線插入孔13A與矽芯線4A之間插入楔件7，以固定矽芯線4A。此外，矽芯線4A的固定方法並不必然限於此，亦可於芯線保持部12A之側面設置圖未示出的螺孔，並藉著以螺絲壓住矽芯線4A來固定。

其結果為，於本實施型態中，如圖3(a)所示般，正方形剖面的矽芯線4A係接觸到正方形剖面的芯線插入孔13A所鄰接的兩個邊。因此，於本實施型態當中，芯線保持部12A之上端表面12a之邊寬L的至少一處係指如圖3(a)所示般，於芯線保持部12A之上端表面12a當中，介於矽芯線4A緊貼著剖面正方形的芯線插入孔13A之內壁面13a的部分與離該緊貼部分最近的外周之間一處之邊寬L。此外，於本實施型態當中，此邊寬L為3mm以下。於此，邊寬L係以3mm以下為較佳；以2mm以下為更佳；以1mm以下為最佳。

藉此，使得沉積於此部分的多晶矽5提早結合至矽芯線4A之根部。也就是說，習知技術中，多晶矽5從矽芯線4A的長度方向之中央側沉積生長之後才逐漸地沉積至矽芯線4A之根部而緊貼至芯線保持部12A，但是在本實施型態當中，對矽芯線4A之根部之沉積以及緊貼至芯線保持部12A係比習知技術還要快。

其結果為，沉積至矽芯線4A之根部的多晶矽5支撐矽芯線4A，因此可防止矽芯線4A損壞。此外，由於多晶矽5提早沉積至矽芯線4A之根部，因此可使電流集中於纖細的矽芯線4A的情形得到減緩。此乃代表著，電流不會局部性地集中在矽芯線4A而導致矽芯線4A熔融，因此可以提早提高施加至矽芯線4A的電流。其結果為可提早提高施加至矽芯線4A的電流，以促進多晶矽5的沉積。

因此可提供能夠提升對矽芯線4A之根部的多晶矽5之沉積，並進而提升對整個矽芯線4上的多晶矽5之沉積的芯線持具10A。

此外，圖3(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，於至少一處之邊寬L=0.75mm，圖4(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，至少一處之邊寬L=0.47mm。其結果為，兩者均符合至少一處之邊寬L為3mm以下。

此外，例如圖3(a)(b)(c)所示的芯線持具10A當中，確認到於矽芯線4A之根部，從至少一處之邊寬L=0.75mm的一側起產生多晶矽5的沉積。

如前述般，本實施型態之芯線持具10A當中，介於芯線保持部12A之上端表面12a的外周與芯線插入孔13A當中矽芯線4A所接觸的內壁面13a之間的芯線保持部12A的厚度-即邊寬L，於至少一處為3mm以下。相對於此，當至少一處之邊寬L之尺寸大於3mm時，如於圖7(b)(c)所說明般，對矽芯線4A之根部上的多晶矽5生長不足，導致沉積多晶矽5的矽芯線4A之根部倒塌、或是生長後多晶矽5因熱收縮而產生裂縫之問題。

此外，於本實施型態中的芯線持具10A當中，從芯線保持部12A之上端表面12a起於沿著軸線跨越至少10mm之範圍內，軸線與母線之間所形成的角度θ係為10°以上且為30°以下。

也就是說，芯線保持部12A當中，實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且為30°以下且朝上端變細的尖銳部分係靠近矽芯線4A從芯線保持部12A露出部分的區域，確保其為儘可能較長的區域為較佳。因此，於本實施型態當中，於芯線保持部12A當中，軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且為30°以下的區域，係從芯線保持部12A之上端表面12a起沿著軸線跨越至少10mm範圍。據此，使得通往芯線保持部12A的矽芯線4A之根部的原料氣體的流通改善，使供給量增加，促矽芯線4A之根部上的沉積，確保多晶矽5的沉積可提早地穩定下來。此外，此構成在矽芯線4A安裝至 芯線保持部12A的芯線插入孔13A的狀態下，特別是在芯線持具10A中，介於芯線保持部12A之上端表面12a中的外周與芯線插入孔13A當中矽芯線4A所接觸內壁面13a之間的芯線保持部12A的厚度-即邊寬L，於至少一處為3mm以下時，效果最為顯著。此外，於芯線保持部12A當中，當軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且為30°以下的區域，從芯線保持部12A之上端表面12a沿著軸線小於10mm時，由於無法充分地引導原料氣體的流通，使得上述效果變得不充分。

此外，本實施型態當中的矽芯線4A係從上端表面12a起跨越至芯線插入孔13A之底部13b的範圍內，介於芯線保持部12A之外周表面12c與芯線13A的內壁面13a之間的芯線保持部12A的最大厚度D1為30mm以下。

由此，藉著使芯線持具10A之上端部分符合實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且為30°以下，且，從上端表面12a以下至芯線插入孔13A之底部13b間之部分的外周表面12c之厚度亦為較薄的30mm以下，使得流經芯線持具10A之電流的電流密度上升，芯線持具10A本身發熱而維持上端部分高溫，防止電極3的冷卻機構6冷卻芯線持具10A之上端部分。

如此般地，本實施型態之芯線持具10A設置於鐘罩型矽製造裝置中鐘罩型反應爐1A之底板2上所配置的電極3上。此外，芯線持具10A具備具有實質上截頭圓錐形狀的碳製的芯線保持部12A，且於芯線保持部12A之上端表面12a中形成有保持被插入的矽芯線4A的芯線插入孔13A。此外，芯線保持部12a的實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且為30°以下，且介於芯線保持部12A之上端表面12a的外周與芯線插入孔13A當中矽芯 線4A所接觸內壁面13a之間的芯線保持部12A之邊寬L，於至少一處係為3mm以下。

其結果為，於芯線保持部12A當中，實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度為10°以上且為30°以下，因此使得芯線保持部12A成為朝上端變細的尖銳形狀，使通往芯線保持部12A之根部的原料起體的流通改善，使供給量增加，並促進矽芯線4A根部上的沉積，使多晶矽5的沉積提早地穩定下來。

此外，實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部12A當中，於上端表面12a的厚度於至少一處之邊寬係設定在3mm以下。因此，易於芯線保持部12a之上端表面12a以及沉積出的多晶矽5之間的縫隙處供給原料氣體至矽芯線4A。因此，於此縫隙處多晶矽5的沉積得到促進。據此使得多晶矽5提早結合至矽芯線4A之根部並支撐矽芯線4A，因此可防止矽芯線4A的損壞。此外，由於沉積至矽芯線4A的多晶矽5提早沉積至矽芯線4A之根部，因此可提早提高電流，促進多晶矽5的沉積。

因此，可提供能夠提升對矽芯線4A之根部的多晶矽5的沉積，並進而提升對整個矽芯線4A上的多晶矽5的沉積的矽芯線4A。

此外，本實施型態中的矽製造裝置具備本實施型態的芯線持具10A及電極3。據此，使得於矽製造裝置中，由配置於鐘罩型反應爐1A之底板2的電極3，透過芯線持具10A當中的碳製的芯線保持部12A，施加電流至豎立於芯線保持部12A的芯線插入孔13A的矽芯線4A。藉此使得矽芯線4A成為高溫，並使多晶矽5於矽芯線4A上沉積、生長。此外，芯線持具10A具備前述構成。

因此，可提供具備芯線持具10A的矽製造裝置，其能夠提升對矽芯線4A之根部的多晶矽5的沉積，並進而提升對整個矽芯線4A的多晶矽5的沉積。

此外，於本實施型態當中的矽製造裝置當中，電極3係於內部具備作為冷卻機構6的水冷機構。

據此可防止電極3成為高溫而使得連電極3都有多晶矽5沉積之情況。此外亦可防止電極3成為高溫而損壞。

此外，本實施型態中的矽製造方法係使用本實施型態中的矽製造裝置來製造多晶矽5。

據此，可提供使用具備芯線持具10A的矽製造裝置來製造多晶矽5的矽製造方法，其能夠提升對矽芯線4A之根部的多晶矽5之沉積，並且進而提升對整個矽芯線4A的多晶矽5的沉積。

[實施型態2]

以下根據圖5及圖6來說明本發明另一實施型態。此外，於本實施型態中所說明內容以外的構成係與實施型態1相同。此外，為方便說明，關於具有與實施型態1之圖式所示的元件相同功能的元件，標上同樣的元件符號，並省略其說明。

於實施型態1的鐘罩型反應爐1A當中，矽芯線4A的剖面形狀為正方形，且配合此正方形剖面的矽芯線4A，芯線持具10A當中的芯線保持部12A的芯線插入孔13A的剖面亦為正方形。相對於此，本實施型態的不同之處 在於鐘罩型反應爐1B當中，矽芯線4B的剖面形狀呈圓形，且配合圓形剖面的矽芯線4B，芯線持具10B當中芯線保持部12B的芯線插入孔13B的剖面亦為圓形。

根據圖5(a)(b)(c)來說明關於本實施型態的鐘罩型反應爐1B當中的芯線持具10B之構成。圖5(a)係表示本實施型態當中芯線持具10B及電極3之構成的剖面圖。圖5(b)係表示芯線持具10B之構成，為圖5(a)A-A’線的剖面圖。圖5(c)為表示表示芯線持具10B當中芯線保持部12B之上端表面12a之構成的擴大前視圖。

如圖5(a)(c)所示，本實施型態的芯線持具10B係與實施型態1的芯線持具10A同樣地，具備：形成於下部的基部11；及形成於上部且具有截頭圓錐形狀的芯線保持部12B。

芯線持具10B的芯線保持部12B係如圖5(a)所示般，具有前端變細的截頭圓錐形狀，於圓錐之上端表面12a形成有供插入矽芯線4B並將其保持的芯線插入孔13B。

於此，於本實施型態中的鐘罩型反應爐1B當中，如圖5(a)(b)所示般，矽芯線4B的剖面形狀為圓形。其結果為，本實施型態的芯線持具10B中的芯線保持部12B的芯線插入孔13B的剖面形狀亦配合圓形剖面的矽芯線4B而呈圓形。

芯線插入孔13B當中插入例如具有直徑5-12mm的圓形剖面形狀的矽芯線4B。

本實施型態的芯線保持部12B的截頭圓錐形狀係與實施型態1的芯線保持部12A同樣地，如圖5(a)所示，軸線與母線之間所形成的角度θ為10°以上且為30°以下。實驗結果當中可知軸線與母線之間所形成的角度θ以11°以 上且為25°以下為較佳；以11°以上且16°以下為更佳；以11°以上且小於15°為最佳。例如，圖6(a)(b)所示芯線持具10B係表示角度θ=16°時的情況。據此使得芯線保持部12B成為朝上方變細的尖銳形狀，使得通往矽芯線4B之根部的原料氣體的流通得到改善，使原料氣體的供給量增加，並促進矽芯線4B之根部上的沉積，並使多晶矽5的沉積提早穩定下來。

此外，於本實施型態的芯線持具10B當中，從上端表面12a起跨越至芯線插入孔13B之底部13b的範圍內，介於芯線保持部12B之外周表面12c與芯線插入孔13B的內壁面13a之間的芯線保持部12B的最大厚度D1係為30mm以下。最大厚度D1係以30mm以下為較佳；又以20mm以下為更佳。據此使得芯線持具10B的角度θ符合10°以上且為30°以下，進一步地，藉著使從上端表面12a以下至芯線插入孔13B之底部13b間之部分的外周表面12c的厚度為較薄的30mm以下，可使通過芯線持具10B的電流的電流密度提升，並使芯線持具10B本身發熱，使上端部分維持高溫，並防止上端部分冷卻。

例如，圖6(a)(b)所示的本實施型態的芯線持具10B當中，於芯線持具10B係呈10°以上且為30°以下的角度θ=16°，此角度θ=16°係持續沿著軸線持具至截頭圓錐高度h1=64.5mm。其結果為截頭圓錐高度h1跨越了至少10mm範圍。此外，圖6(a)(b)所示芯線持具10B當中，介於芯線插入孔13B之底部13b之內壁面13a與外周表面12c之間的芯線保持部12B的最大厚度D1係為15.8mm，符合最大厚度D1為30mm以下。此外，圖6(a)(b)所示的芯線持具10B當中，插入孔高度h2=40mm，且芯線持具10B的整體高度h=130mm。此外，芯線持具10B的直徑D為50mm。

附帶說明，作為芯線保持部12B的形狀，即使是如此地使實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度θ設定為10°以上且30°以下，倘若實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部12B之上端表面12a的厚度-即邊寬L偏大的話，則無法稱其適於多晶矽的生長。

因此，於本實施型態的芯線持具10B當中，實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部12B之上端表面12a中厚度-即邊寬L，將其設定為於至少一處為3mm以下。此外，於本實施型態的鐘罩型反應爐1B當中，矽芯線4B係為剖面圓形，芯線插入孔13B之剖面亦為圓形。因此，於本實施型態當中，如圖5(b)所示般，於上端表面12a當中，介於芯線插入孔13B的內壁面13a與外周之間之邊寬L為在外周表面12c的任何一處皆為相同間隔。

據此，使得沉積於此部分的多晶矽5提早結合至矽芯線4B之根部。其結果為，由於沉積出的多晶矽5支撐起矽芯線4B，因此可防止矽芯線4B損壞。此外，由於多晶矽5提早沉積至矽芯線4B之根部，因此可減緩電流集中至纖細的矽芯線4B之情況。此代表著電流並不會局部性地集中於矽芯線4B，因此可提高通往矽芯線4B的電流。其結果為可提早提高通往矽芯線4B的電流，並可促進多晶矽5的沉積。

因此，可提供能夠提升對矽芯線4B之根部的多晶矽5之沉積，進而提升對整個矽芯線4B的多晶矽5之沉積的芯線持具10B。

此外，圖6(a)(b)(c)所示的芯線持具10B當中，邊寬L=2.25mm，其結果為符合至少一處之邊寬L為3mm以下。

[總結]

本發明一態樣中的芯線持具為了解決上述問題而具有以下特徵：芯線持具具備呈實質上截頭圓錐形狀且為碳製的芯線保持部；所述芯線保持部之上端表面形成有芯線插入孔，其係保持被插入的矽芯線；所述實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度係為10°以上且30°以下；介於所述芯線保持部之上端表面之外周與所述芯線插入孔中所述矽芯線所接觸的內壁面之間的所述芯線保持部的厚度於至少一處為3mm以下。

根據上述構成，芯線持具具備呈實質上截頭圓錐形狀且為碳製的芯線保持部，於芯線保持部之上端表面形成有芯線插入孔，其係保持被插入的矽芯線。因此，電流係從配置於鐘罩型矽製造裝置之底板的電極，透過碳製的芯線保持部，施加至豎立設置於所述芯線保持部之芯線插入孔中的矽芯線。據此使得矽芯線成為高溫，並使矽於矽芯線上沉積、生長。

於此，在習知技術當中，芯線持具中實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度係如同前述般為35°以上65°以下。然而申請人發現到，設定成如此大角度的話，通往矽芯線之根部的原料氣體的流通會受到抑制，其結果為矽芯線之根部上的矽沉積變慢，整個矽芯線的沉積也會變慢。

因此，於本發明一態樣當中，於芯線保持部中，設定實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度為10°以上且為30°以下。據此使得芯線保持部成為朝上端變細的尖銳形狀，並改善通往矽芯線之根部的原料氣體的流通，使供給量增加，並促進矽芯線之根部的沉積，使得矽沉積提早穩定下來。

此外，於本發明一態樣當中，在實質上截頭圓錐形狀的芯線保持部當中，將上端表面的厚度設定為至少於一處為3mm以下。因此，使得原料 氣體容易於芯線保持部之上端表面以及所沉積的矽之間的縫隙被供給至矽芯線。是以，於此縫隙處促進了矽沉積。據此使得沉積至此部分的矽提早結合至矽芯線之根部。其結果為由於所沉積出的矽將矽芯線支撐起，因此可防止矽芯線的損壞。此外，由於矽可提早沉積於矽芯線之根部，因此可減緩電流集中於纖細的矽芯線上。藉此可抑制電流集中於纖細的矽芯線之根部，並防止此部分熔融而導致矽芯線倒塌。因此，可提早提高電流，以促進矽沉積。

因此，可提供能夠提升對矽芯線之根部的矽沉積，並進而提升對整個矽芯線的矽沉積的芯線持具。

較佳地，本發明一態樣中的芯線持具當中，所述芯線保持部之上端表面起，於沿著所述軸線於跨越至少10mm的範圍內，所述軸線與所述母線之間所形成的角度為10°以上且30°以下。

也就是說，芯線保持部當中，實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度為10°以上且30°以下且朝上端變細的尖銳部分係靠近矽芯線從芯線插入孔露出部分的區域，確保其為儘可能較長的區域為較佳。具體地說，於芯線保持部中，軸線與所述母線之間所形成的角度為10°以上且30°以下的區域係為從芯線保持部之上端表面起沿著軸線跨越至少10mm的範圍為較佳。據此使得通往矽芯線之根部的原料氣體的流通改善，使供給量增加，並促進矽芯線之根部的沉積，確保矽沉積提早穩定下來。

較佳地，本發明一態樣之芯線持具當中，由所述上端表面起至所述芯線插入孔之底部間的範圍內，介於所述芯線保持部之外周表面與所述芯線插入孔之壁面之間的所述芯線保持部的最大厚度為30mm以下。

據此使得芯線持具之上端部分符合實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度為10°以上且30°以下，進一步地，也將從上端表面以下至芯線插入孔之底部間的部分之外周表面的厚度設定為較薄的30mm以下，據此使得流經芯線持具的電流的電流密度上升，芯線持具本身發熱，並使上端部分維持高溫。

本發明一態樣之矽製造裝置之特徵為具備：所述芯線持具；及電極。

據此使得於矽製造裝置當中，電流從配置於鐘罩型矽裝置之底板的電極，透過芯線持具中的碳製的芯線保持部，施加至豎立設置於所述芯線保持部之芯線插入孔的矽芯線。其結果為矽芯線變成高溫，矽於矽芯線上沉積、生長。

此外，芯線持具具有以下構成：於芯線保持部之上端表面形成有芯線插入孔，其係保持被插入的矽芯線，實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度為10°以上且30°以下，且介於所述芯線保持部之上端表面的外周與所述芯線插入孔中所述矽芯線所接觸內壁面之間的所述芯線保持部的厚度於至少一處為3mm以下。

是以，可提供具備芯線持具的矽製造裝置，其能夠提升對矽芯線之根部的矽沉積，進而提升對整體芯線的矽沉積。

本發明之一態樣的矽製造裝置當中，所述電極於內部具備水冷機構。

據此可防止電極成為高溫使得連電極都有矽沉積之情況。此外，可防止電極成為高溫而損壞之情況。

本發明一態樣之矽製造方法之特徵為：使用所述矽製造裝置來製造矽。

據此可提供使用具備芯線持具的製造裝置來製造矽的矽製造方法，其能夠提升對矽芯線之根部的矽沉積，進而提升對整個矽芯線的矽沉積。

此外，本發明並不受上述各實施型態限制，於請求項所示範圍內可作各種變更，將不同的實施型態中分別揭露的技術手段予以適當組合所得到的實施型態，亦包含在本發明的技術範圍中。亦可進一步地將各實施型態中分別揭露的技術手段加以組合而形成新的技術特徵。

[實施例]

關於本實施型態的芯線持具10A,10B，作為實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度θ，針對將其設定為11°及25°時的效果，進行驗證實驗。於驗證實驗當中，將矽芯線4A,4B豎立於芯線持具10A,10B，並於使電流徐緩上升的運作中，測量可使電流穩定上升至300A的臨界時間。此處的臨界時間，係指若較其更早上升電流，則矽芯線4A,4B會發生熔融而倒塌的時間。因此，臨界時間越短表示可越早使300A的電流流通，其後的多晶矽5的沉積就越快。

將驗證實驗的結果，與比較例一起表示於表1。

由表1可知，於本實施型態之芯線持具10A,10B中，將角度θ設定為10°以上且30°以下，並且將芯線保持部12A,12B之上端表面12a的外周，以及芯線插入孔13A當中矽芯線4A,4B所接觸內壁面13a之間的芯線保持部12A, 12B的厚度-即邊寬L於至少一處為3mm以下的實施例1-4當中，可穩定地將電流提升至300A的臨界時間係為20小時以內。

另一方面，未符合：角度θ為10°以上且30°以下；以及至少於一處之邊寬L為3mm以下等兩個條件其中之一的比較例1-4當中，可穩定地將電流提升至300A的臨界時間係為25小時以上。

其結果為確認到，在符合角度θ為10°以上且30°以下；以及至少於一處之邊寬為3mm以下的兩個條件情況下，可穩定地提升電流的臨界時間變短，可較早穩定地沉積多晶矽5。

1A:鐘罩型反應爐

3:電極

3a:凸部

4A:矽芯線

5:多晶矽

6:冷卻機構

10A:芯線持具

11:(芯線持具)基部

11a:凹部

12A:芯線保持部

12a:上端表面

12c:外周表面

13A:芯線插入孔

13a:內壁面

13b:底部

A-A’:剖面線

L:邊寬

θ:角度

Claims (8)

1. 一種芯線持具，其特徵為：具備呈實質上截頭圓錐形狀且為碳製的芯線保持部；所述芯線保持部之上端表面上形成有芯線插入孔，其係保持被插入的矽芯線；所述實質上截頭圓錐形狀之軸線與母線之間所形成的角度係為11°以上且小於15°；且介於所述芯線保持部之上端表面之外周與所述芯線插入孔中所述矽芯線所接觸的內壁面之間的所述芯線保持部的厚度於至少一處為3mm以下。
2. 如請求項1所述之芯線持具，由所述芯線保持部之上端表面起，於沿著所述軸線跨越至少至10mm之範圍內，所述軸線與所述母線之間所形成的角度係為11°以上且小於15°。
3. 如請求項1或2所述之芯線持具，由所述上端表面起至所述芯線插入孔之底部間的範圍內，介於所述芯線保持部之外周表面與所述芯線插入孔之壁面之間的所述芯線保持部的最大厚度為30mm以下。
4. 如請求項1或2所述之芯線持具，其中，於前述芯線保持部之前述上端表面當中，前述芯線插入孔之內壁面中前述矽芯線所接觸之部分，和與作為離該部分最近的外周之間的距離之邊寬為1mm以下。
5. 如請求項3所述之芯線持具，其中，於前述芯線保持部之前述上端表面當中，前述芯線插入孔之內壁面中前述矽芯線所接觸之部分，和與作為離該部分最近的外周之間的距離之邊寬為1mm以下。
6. 一種矽製造裝置，其特徵為具備：如請求項1-5中任一項所述之芯線持具；及電極。
7. 如請求項6所述之矽製造裝置，其中，所述電極於內部具備冷卻機構。
8. 一種矽製造方法，其特徵為其係使用如請求項6或7所述之矽製造裝置來製造矽。

Images