TWM529279U - 電阻式加熱器與多晶矽長晶裝置 - Google Patents

Description

電阻式加熱器與多晶矽長晶裝置

本新型是有關於一種加熱器，且特別是有關於一種電阻式加熱器與多晶矽長晶裝置。

請參照圖1，其係繪示一種傳統多晶矽長晶裝置的裝置示意圖。傳統之多晶矽長晶裝置100主要包含爐體102、坩堝104、上加熱器106、下加熱器108以及側加熱器110，其中坩堝104、上加熱器106、下加熱器108以及側加熱器110均設於爐體102中。坩堝104可裝盛矽原料。上加熱器106設於坩堝104之上方，下加熱器108設於坩堝104之下方並與上加熱器106相對。側加熱器110則環設於坩堝104之側面旁。於長晶製程中，上加熱器106、下加熱器108與側加熱器110將電能轉變成熱能，以將坩堝104內的矽原料熔成矽熔湯，再讓矽熔湯降溫以形成矽錠。

請參照圖2，其係繪示一種傳統多晶矽長晶裝置之上加熱器的上視示意圖。一般而言，在多晶矽長晶裝置100中，上加熱器106主要包含長連接器112、二短連接器114a與114b、以及六根加熱棒116a與六根加熱棒116b。短連接器114a與114b依序排列於長連接器112之對面。加熱棒116a依序排列於長連接器112與短連接器114a之間，其中每根加熱棒116a之一端連接長連接器112，另一端則連接短連接器114a。另外，加熱棒116b依序排列於長連接器112與短連接器114b之間，其中每根加熱棒116b之一端連接長連接器112，另一端則連接短連接器114b。

電流流經上加熱器106之長連接器112、短連接器114a與114b、以及加熱棒116a與116b時會產生焦耳熱，而將電能轉變成熱能。因此，電流在上加熱器106的分布行為將直接影響上加熱器106上的溫度分布。

目前，為了避免矽熔湯在凝固時黏在坩堝104之內部表面上，坩堝104的表面通常塗布有抗沾黏層。抗沾黏層之材料大都為氮化矽(Si ₃N ₄)。然，當環境溫度過高時，抗沾黏層容易失效，而造成矽熔湯直接接觸到坩堝104之內部表面，進而導致多晶矽黏堝，造成多晶矽錠裂錠或破錠缺陷。

因此，亟需一種多晶矽長晶裝置，可在多晶矽長晶製程中避免局部環境過熱，並可提高環境溫度的均勻度，而達到降低多晶矽黏鍋風險、改善多晶矽破錠或產生破錠缺陷的目的。

因此，本新型之一目的就是在提供一種電阻式加熱器與多晶矽長晶裝置，其透過改變長連接器的幾何形狀，來降低長連接器的局部發熱，藉此可改善加熱器的熱點現象，而可降低多晶矽晶錠黏鍋風險，進而可提升多晶矽之晶錠良率。

本新型之另一目的是在提供一種電阻式加熱器與多晶矽長晶裝置，其利用改變長連接器、短連接器與加熱棒的幾何形狀，可調整加熱器的溫度分布，因此可提升熱場之溫度分布的均勻度。

根據本新型之上述目的，提出一種電阻式加熱器。此電阻式加熱器之外輪廓大致呈矩形，且包含第一短連接器、第二短連接器、長連接器、複數個第一加熱棒以及複數個第二加熱棒。第一短連接器和第二短連接器互相分離且依序設置於矩形之第一邊。長連接器設置於矩形之相對於第一邊之第二邊。每一第一加熱棒以一端連接於第一短連接器而以另一端連接於長連接器。每一第二加熱棒以一端連接於第二短連接器而以另一端連接於長連接器。長連接器具有中間段、和分別連接於此中間段之第一端部段及第二端部段，且中間段的截面積大於第一端部段的截面積，且中間段的截面積大於第二端部段的截面積。

依據本新型之一實施例，上述之第一加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積，且第二加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積。

依據本新型之一實施例，上述之第一短連接器、第二短連接器、長連接器、第一加熱棒與第二加熱棒的材質相同。

依據本新型之一實施例，上述之第一短連接器與第二短連接器分別連接一電源之第一極與第二極。

根據本新型之上述目的，另提出一種多晶矽長晶裝置。此多晶矽長晶裝置包含坩堝、上電阻式加熱器以及下電阻式加熱器。上電阻式加熱器位於坩堝之上方。下電阻式加熱器位於坩堝之下方。上電阻式加熱器之外輪廓大致呈矩形，且此上電阻式加熱器包含第一短連接器、第二短連接器、長連接器、複數個第一加熱棒以及複數個第二加熱棒。第一短連接器和第二短連接器互相分離且依序設置於矩形之第一邊。長連接器設置於矩形之相對於第一邊之第二邊。每一第一加熱棒以一端連接於第一短連接器而以另一端連接於長連接器。每一第二加熱棒以一端連接於第二短連接器而以另一端連接於長連接器。長連接器具有中間段、和分別連接於此中間段之第一端部段及第二端部段，且中間段的截面積大於第一端部段的截面積，且中間段的截面積大於第二端部段的截面積。

依據本新型之一實施例，上述之第一加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積，且第二加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積。

依據本新型之一實施例，上述之第一短連接器、第二短連接器、長連接器、第一加熱棒與第二加熱棒的材質相同。

依據本新型之一實施例，上述之第一短連接器與第二短連接器分別連接一電源之第一極與第二極。

發明人經觀察後，發現在長晶製程時，因坩堝內部表面上的抗沾黏層失效而發生黏鍋的位置，大多對應於電阻式上加熱器之長連接器的中央區域。經模擬輔助計算後得知長連接器之中央區域為電流匯集處，因而該區域相對於長晶裝置的其他區域形成熱點，接近該熱點的抗沾黏層易因熱點的相對高溫而失效，造成黏鍋而致使多晶矽錠裂錠或產生破錠缺陷。有鑑於此，本新型在此提出一種電阻式加熱器及包含此電阻式加熱器的多晶矽長晶裝置，其透過改變電阻式加熱器之幾何形狀的方式，來改善電阻式加熱器之局部熱點情況，藉此可降低多晶矽錠黏鍋風險，進一步可提升長晶製程的良率。

請參照圖3，其係繪示依照本新型之一實施方式的一種多晶矽長晶裝置的裝置示意圖。在一些例子中，多晶矽長晶裝置200主要包含坩堝202、上電阻式加熱器204與下電阻式加熱器206。坩堝202、上電阻式加熱器204與下電阻式加熱器206均設於多晶矽長晶裝置200之爐體208內部。坩堝202可裝盛矽原料。而上電阻式加熱器204設於坩堝202之上方，下電阻式加熱器206設於坩堝202之下方並與上電阻式加熱器204相對。於長晶製程中，上電阻式加熱器204與下電阻式加熱器206將電能轉變成熱能，以將坩堝202內的矽原料熔成矽熔湯。

在這些例子中，如圖3所示，可加大坩堝202之尺寸，以使坩堝202之尺寸大於傳統坩堝，例如圖1所示之坩堝104，藉此坩堝202可容納更多矽原料，而增大所產出之多晶矽晶錠。由於坩堝202尺寸加大，因此多晶矽長晶裝置200可加大上電阻式加熱器204與下電阻式加熱器206的尺寸，以使上電阻式加熱器204與下電阻式加熱器206的加熱範圍可涵蓋坩堝202，並且可不設側加熱器。當然，在另一些例子中，可不加大坩堝202的尺寸，並於坩堝202側邊環設側加熱器。

請同時參照圖3與圖4，其中圖4係繪示依照本新型之一實施方式的一種多晶矽長晶裝置之上電阻式加熱器的上視示意圖。上電阻式加熱器204之外輪廓可大致呈矩形210。此矩形210包含彼此相對之第一邊210a與第二邊210b，以及彼此相對之第三邊210c與第四邊210d，其中第三邊210c與第四邊210d分別接合在第一邊210a與第二邊210b之間。在一些例子中，上電阻式加熱器204主要可包含第一短連接器212a、第二短連接器212b、長連接器214、多個第一加熱棒以及多個第二加熱棒，其中第一加熱棒與第二加熱棒的數量可根據製程或裝置需求而調整。舉例而言，上電阻式加熱器204可包含六個由其中央往左側依序排列之第一加熱棒216a~216f、以及六個由其中央往右側依序排列之第二加熱棒218a~218f，其中第一加熱棒216a~216f與第二加熱棒218a~218f可以一定間距的方式排列。在一些示範例子中，第一短連接器212a、第二短連接器212b、長連接器214、第一加熱棒216a~216f以及第二加熱棒218a~218f的材質可相同。

在上電阻式加熱器204中，第一短連接器212a和第二短連接器212b互相分離且依序設置於矩形210的第一邊210a。第一短連接器212a上設有連接件220a，第二短連接器212b上則設有連接件220b。第一短連接器212a之連接件220a與第二短連接器212b之連接件220b可分別與一電源之第一極與第二極連接，藉此電源可透過連接件220a與220b而將電流導入上電阻式加熱器204。

請參照圖5A與圖5B，其係分別繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之第二短連接器的上視示意圖與側視示意圖。在一些例子中，上電阻式加熱器204之第二短連接器212b的連接件220b並非設置在中央，而是較接近第一短連接器212a。第二短連接器212b可具有中間段222、以及位於中間段222之相對二側的第一端部段224與第二端部段226。連接件220b接合在第一端部段224與中間段222之間。舉例而言，第二加熱棒218a與218b可設於第一端部段224之孔洞218a’與218b’中，第二加熱棒218c與218d可設於中間段222之孔洞218c’與218d’中，第二加熱棒218e與218f則可設於第二端部段226之孔洞218e’與218f’中。

在一些示範例子中，第一端部段224之高度224a與第二端部段226之高度226a小於連接件220b的高度220b’，例如第一端部段224及第二端部段226與連接件220b之底部實質齊平，但連接件220b之頂部高於第一端部段224之頂部及第二端部段226之頂部，如圖5B所示。中間段222之高度222a從連接件220b漸減至第二端部段226，例如中間段222之底部、第二端部段226之底部與連接件220b之底部實質齊平，但連接件220b之頂部高於第二端部段226之頂部，而中間段222的上表面自連接件220b之頂部傾斜向下至第二端部段226之頂部，如圖5B所示。因此，中間段222的截面積大於第一端部段224之截面積及第二端部段226之截面積。第一短連接器212a的結構設計與第二短連接器212b之結構設計對稱，故關於第一連接器212a的結構設計於此不再贅述。

請再次參照圖4，長連接器214設置在矩形210之第二邊210b。請一併參照圖6A與圖6B，其係分別依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之長連接器的上視示意圖與側視示意圖。在一些例子中，長連接器214具有中間段228、第一端部段230與第二端部段232，其中第一端部段230與第二端部段232分別連接在中間段228之相對二端。舉例而言，第一加熱棒216c~216f可分別設於第一端部段230之孔洞216c”~216f”中，第一加熱棒216a與216b及第二加熱棒218a與218b可分別設於中間段228之孔洞216a”與216b”及孔洞218a”與218b”中，第二加熱棒218c~218f則可分別設於第二端部段232之孔洞218c”~218f”中。

在一些示範例子中，如圖6A所示，第一端部段230之厚度230a與第二端部段232之厚度232a小於中間段228之厚度228a，例如中間段228朝圖4之矩形210的第一邊210a的方向凸出。此外，如圖6B所示，第一端部段230之高度230b與第二端部段232之高度232b小於中間段228之高度228b，例如中間段228朝上凸出。因此，中間段228的截面積大於第一端部段230之截面積及第二端部段232之截面積。

請再次參照圖4，第一加熱棒216a~216f均以一端連接第一短連接器212a，並以另一端連接長連接器214，其中第一加熱棒216a~216f可利用插設的方式連接第一短連接器212a與長連接器214。類似地，第二加熱棒218a~218f均以一端連接第二短連接器212b，並以另一端連接長連接器214，其中第二加熱棒218a~218f可利用插設的方式連接第二短連接器212b與長連接器214。

在一些例子中，可加粗上電阻式加熱器204之部分加熱棒。如圖4所示，第一加熱棒216a~216f中位於上電阻式加熱器204之較外側者，例如第一加熱棒216f、或第一加熱棒216f與216e的截面積可大於較內側者，例如第一加熱棒216a~216e、或第一加熱棒216a~216d的截面積。另外，第二加熱棒218a~218f中位於上電阻式加熱器204之較外側者，例如第二加熱棒218f、或第二加熱棒218f與218e的截面積大於較內側者，例如第二加熱棒218a~218e、或第二加熱棒218a~218d的截面積。

此外，每根加熱棒可為等直徑的棒狀結構，但在一些示範例子中，每根加熱棒的直徑可不一致，或者部分加熱棒為等直徑結構而另一部分加熱棒為非等直徑結構。舉例而言，當第一加熱棒216f與216e的截面積大於第一加熱棒216a~216d的截面積時，第一加熱棒216f與216e可為非等直徑結構，而第一加熱棒216a~216d可為等直徑結構。以下利用第一加熱棒216f來舉例說明非等直徑的加熱棒結構。請參照圖7，其係繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之第一加熱棒的上視示意圖。第一加熱棒216f可具有主體部234、以及分別位於主體部234之二端的插設部236與238，其中插設部236與238係配置以分別插設於長連接器214與第一短連接器212a中。由於第一加熱棒216f的主體部234被加粗，因此□了使第一加熱棒216f能順利設置在長連接器214與第一短連接器212a之原設計的孔洞中，插設部236與238之直徑可小於主體部234之直徑。

在本實施方式中，透過改變長連接器214之幾何形狀，以增加中間段228的截面積，來降低長連接器214之中間段228的發熱，藉此可改善上電阻式加熱器204的熱點現象，而可降低多晶矽晶錠黏鍋風險，進而可提升多晶矽之晶錠良率。

此外，本實施方式更可利用改變短連接器以及加熱棒的幾何形狀，即增加第一短連接器212a之中間段與第二短連接器212b之中間段222的截面積、以及加粗第一加熱棒216f或第一加熱棒216e與216f和第二加熱棒218f或第二加熱棒218e與218f，來調整上電阻式加熱器204的溫度分布。藉此，可提升多晶矽長晶裝置200之爐體208內的熱場溫度分布的均勻度。

請參照下表1，其列示出圖1之傳統上加熱器106與本新型之上電阻式加熱器204之點(a)~(f)處的發熱功率(單位：W/m ²)。 表1 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="_0002"><TBODY><tr><td>   </td><td> 長連接器 </td><td> 加熱棒 </td><td> 短連接器 </td></tr><tr><td> (a) </td><td> (b) </td><td> (c) </td><td> (d) </td><td> (e) </td><td> (f) </td></tr><tr><td> 本案 </td><td> 1.64E+02 </td><td> 5.41E+00 </td><td> 7.61E+02 </td><td> 5.52E+02 </td><td> 2.01E+02 </td><td> 2.34E+01 </td></tr><tr><td> 傳統 </td><td> 2.46E+02 </td><td> 5.25E+00 </td><td> 9.20E+02 </td><td> 6.70E+02 </td><td> 2.33E+02 </td><td> 3.79E+01 </td></tr></TBODY></TABLE>並請同時參照圖1、圖4與圖8，其中圖8係繪示本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器與傳統上加熱器上的近中心處(點(c))與其他處(點(a)、(b)、(d)、(e)及(f))的發熱功率差值柱狀圖。由表1可知，增加上電阻式加熱器204之長連接器214之中間段228的截面積後，上電阻式加熱器204之點(a)處的發熱功率確實較傳統上加熱器106的發熱功率下降。因此，可有效改善多晶矽晶錠的裂錠或破錠問題。

另外，由圖8可知，增加第一短連接器212a之中間段與第二短連接器212b之中間段222的截面積、以及加粗第一加熱棒216f或第一加熱棒216e與216f和第二加熱棒218f或第二加熱棒218e與218f，上電阻式加熱器204之溫度較高的點(c)與其他各點(a)、(b)及(d)~(f)之間的發熱功率差值較傳統上加熱器106小，因此上電阻式加熱器204之溫度分布較上加熱器106均勻。

由上述之實施方式可知，本新型之一優點就是因為本新型之電阻式加熱器與多晶矽長晶裝置透過改變長連接器的幾何形狀，來降低長連接器和加熱器其他部位的發熱功率差異，提升熱場的溫度分布均勻度，而可降低多晶矽晶錠黏鍋風險，進而可提升多晶矽之晶錠良率。

雖然本新型已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧多晶矽長晶裝置
102‧‧‧爐體
104‧‧‧坩堝
106‧‧‧上加熱器
108‧‧‧下加熱器
110‧‧‧側加熱器
112‧‧‧長連接器
114a‧‧‧短連接器
114b‧‧‧短連接器
116a‧‧‧加熱棒
116b‧‧‧加熱棒
200‧‧‧多晶矽長晶裝置
202‧‧‧坩堝
204‧‧‧上電阻式加熱器
206‧‧‧下電阻式加熱器
208‧‧‧爐體
210‧‧‧矩形
210a‧‧‧第一邊
210b‧‧‧第二邊
210c‧‧‧第三邊
210d‧‧‧第四邊
212a‧‧‧第一短連接器
212b‧‧‧第二短連接器
214‧‧‧長連接器
216a~216f‧‧‧第一加熱棒
216a”~216f”‧‧‧孔洞
218a~218f‧‧‧第二加熱棒
218a’~218f’‧‧‧孔洞
218a”~218f”‧‧‧孔洞
220a‧‧‧連接件
220b‧‧‧連接件
220b’‧‧‧高度
222‧‧‧中間段
222a‧‧‧高度
224‧‧‧第一端部段
224a‧‧‧高度
226‧‧‧第二端部段
226a‧‧‧高度
228‧‧‧中間段
228a‧‧‧厚度
228b‧‧‧高度
230‧‧‧第一端部段
230a‧‧‧厚度
230b‧‧‧高度
232‧‧‧第二端部段
232a‧‧‧厚度
232b‧‧‧高度
234‧‧‧主體部
236‧‧‧插設部
238‧‧‧插設部
(a)~(f)‧‧‧點

為讓本新型之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 圖1係繪示一種傳統多晶矽長晶裝置的裝置示意圖； 圖2係繪示一種傳統多晶矽長晶裝置之上加熱器的上視示意圖； 圖3係繪示依照本新型之一實施方式的一種多晶矽長晶裝置的裝置示意圖； 圖4係繪示依照本新型之一實施方式的一種多晶矽長晶裝置之上電阻式加熱器的上視示意圖； 圖5A係繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之第二短連接器的上視示意圖； 圖5B係繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之第二短連接器的側視示意圖； 圖6A係繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之長連接器的上視示意圖； 圖6B係繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之長連接器的側視示意圖； 圖7係繪示依照本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器之第一加熱棒的上視示意圖；以及 圖8係繪示本新型之一實施方式的一種上電阻式加熱器與傳統上加熱器上的近中心處與其他處的發熱功率差值柱狀圖。

204‧‧‧上電阻式加熱器

210‧‧‧矩形

210a‧‧‧第一邊

210b‧‧‧第二邊

210c‧‧‧第三邊

210d‧‧‧第四邊

212a‧‧‧第一短連接器

212b‧‧‧第二短連接器

214‧‧‧長連接器

216a~216f‧‧‧第一加熱棒

218a~218f‧‧‧第二加熱棒

220a‧‧‧連接件

220b‧‧‧連接件

(a)~(f)‧‧‧點

Claims (8)

1. 一種電阻式加熱器，該電阻式加熱器之外輪廓大致呈一矩形，該電阻式加熱器包含： 一第一短連接器和一第二短連接器，該第一短連接器和該第二短連接器互相分離且依序設置於該矩形之一第一邊； 一長連接器，設置於該矩形之相對於該第一邊之一第二邊； 複數個第一加熱棒，每一該些第一加熱棒以一端連接於該第一短連接器而以另一端連接於該長連接器；以及 複數個第二加熱棒，每一該些第二加熱棒以一端連接於該第二短連接器而以另一端連接於該長連接器， 其中該長連接器具有一中間段、和分別連接於該中間段之一第一端部段及一第二端部段，且該中間段的截面積大於該第一端部段的截面積，且該中間段的截面積大於該第二端部段的截面積。
2. 如申請專利範圍第1項之電阻式加熱器，其中該些第一加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積，且該些第二加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積。
3. 如申請專利範圍第1項之電阻式加熱器，其中該第一短連接器、該第二短連接器、該長連接器、該些第一加熱棒與該些第二加熱棒的材質相同。
4. 如申請專利範圍第1項之電阻式加熱器，其中該第一短連接器與該第二短連接器分別連接一電源之一第一極與一第二極。
5. 一種多晶矽長晶裝置，包含： 一坩堝； 一上電阻式加熱器，位於該坩堝之上方；以及 一下電阻式加熱器，位於該坩堝之下方； 其中該上電阻式加熱器之外輪廓大致呈一矩形，且該上電阻式加熱器包含： 一第一短連接器和一第二短連接器，該第一短連接器和該第二短連接器互相分離且依序設置於該矩形之一第一邊； 一長連接器，設置於該矩形之相對於該第一邊之一第二邊； 複數個第一加熱棒，每一該些第一加熱棒以一端連接於該第一短連接器而以另一端連接於該長連接器；以及 複數個第二加熱棒，每一該些第二加熱棒以一端連接於該第二短連接器而以另一端連接於該長連接器， 其中該長連接器具有一中間段、和分別連接於該中間段之一第一端部段及一第二端部段，且該中間段的截面積大於該第一端部段的截面積，且該中間段的截面積大於該第二端部段的截面積。
6. 如申請專利範圍第5項之多晶矽長晶裝置，其中該些第一加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積，且該些第二加熱棒位於較外側者的截面積大於較內側者的截面積。
7. 如申請專利範圍第5項之多晶矽長晶裝置，其中該第一短連接器、該第二短連接器、該長連接器、該些第一加熱棒與該些第二加熱棒的材質相同。
8. 如申請專利範圍第5項之多晶矽長晶裝置，其中該第一短連接器與該第二短連接器分別連接一電源之一第一極與一第二極。