TW201716650A - 多晶矽製造裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種多晶矽製造裝置包括一反應器，設置於一底板上以形成一反應室。一對電性饋通件，設置於底板上並延伸至反應室內。複數個棒狀絲，設置於電性饋通件上並位於反應室內，棒狀絲之上端的藉由一棒狀橋相互連接，並經化學氣相沉積自一進氣口通入之一源氣體來形成一矽棒。一冷卻套，***位於反應器上側之一通孔並受底板所支撐，冷卻套連接至形成於底板上的一出氣口並藉由形成一氣體通道而將反應後的氣體排出，以及藉由在氣體通道外形成一冷卻劑通道，以從反應器外將一低溫冷卻劑通入及循環至冷卻劑通道，並將一高溫冷卻劑排出至反應器外。

Description

多晶矽製造裝置
本發明是關於一種多晶矽製造裝置，尤指一種源氣體之流動是以層流的形式流動於一化學氣相沉積反應器內的多晶矽製造裝置。
多晶態之矽(polycrystal-state silicon)，亦即多晶矽(polysilicon、polycrystalline silicon)是用於太陽能發電產業及半導體產業中基材的一種基本原料。近來，多晶矽的需求隨著相關產業的發展而迅速增加。
具代表性的多晶矽的製作方法是由矽烷(silane)源氣體形成固態的多晶矽之矽沉澱製程(silicon precipitation process)或化學氣相沉積製程。
矽沉澱製程藉由氫還原反應(hydrogen reduction reaction)以及在高溫下熱解(pyrolysis)矽烷源氣體以產生矽粒子(silicon particles)，且矽粒子會以多晶型態形成於欲沉澱於其上的條棒(rod)或顆粒(particle)表面。
舉例而言，矽沉澱製程包括了利用化學氣相沉積反應器的西門子沉澱法(Simens precipitation method)、利用流化床反應器(fluidized bed reactor)的沉澱方法等。
西門子化學氣相沉積反應器是一種用於多晶矽製程的批次處理裝置(batch process apparatus)。
在化學氣相沉積方法中，直徑為7至10毫米、長度為2500至3000毫米之矽絲(Si filament)會設置於反應器中，藉由施加電力產生電阻加熱(resistor heating)至矽絲，並在高壓條件下通入源氣體60至80小時以製作出具有直徑為120至150毫米之矽棒(Si rod)。
舉例而言，在化學氣相沉積製程的過程中，從反應器的下方部分通入源氣體，而後藉由在上方部分變換方向形成紊流(turbulent flow)，使源氣體再次排出至下方部分。
由於紊流之對流造成熱損耗(heat loss)的增加，進而增加基本用電量(electric basic unit)。
由於紊流的關係，當通入氣流與排出氣流之間有源氣體殘留，將會造成熱點(hot spot)產生，以致矽棒附近的氣體速度(gas velocity)、矽棒的直徑以及矽棒之表面溫度產生偏差。
當矽棒的表面溫度不一致時，在熱點附近會產生爆米花(popcorn)現象，進而造成多晶矽之產量及品質下降，亦即造成多晶矽的競爭力降低。
技術問題
本發明致力於提供一種多晶矽製造裝置，其優點在於使源氣體在一化學氣相沉積反應器內形成層流。
亦即，本發明致力於提供一種多晶矽製造裝置，其優點在於能藉由形成低速的層流來抑制對流所造成的熱損耗以盡可能降低能量的消耗，並且將矽棒附近的氣體速度偏差、矽棒直徑的偏差以及矽棒表面溫度的偏差降到最低。
技術解決
本發明之一示例性實施例提供一種多晶矽製造裝置，包括：一反應器，設置於一底板上以形成一反應室；一對電性饋通件，設置於底板上並延伸至反應室內；複數個棒狀絲，設置於電性饋通件上並位於反應室內，棒狀絲之上端藉由一棒狀橋而相互連接，並透過化學氣相沉積自一進氣口通入之一源氣體來形成一矽棒；以及一冷卻套，***位於反應器上側之一通孔並受底板所支撐，冷卻套連接至形成於底板上的一出氣口並藉由形成一氣體通道而將反應後的氣體排出，以及藉由於氣體通道外形成一冷卻劑通道，以從反應器外將一低溫冷卻劑通入及循環至冷卻劑通道，並將一高溫冷卻劑排出至反應器外。
出氣口可形成於底板的中央，而進氣口可設置於自出氣口沿底板之一直徑方向向外之一位置，且該位置與出氣口分隔。
冷卻套可設置於反應室的中央，以使氣體通道連接至出氣口。
多晶矽製造裝置可另包括一襯墊，設置於冷卻套與底板之間，其中襯墊連通設置於氣體通道及出氣口之間，並阻擋與反應室內部的連通。
一凹槽可形成於冷卻套之下端，並且襯墊之一側可與凹槽結合，而襯墊之另一側可受底板所支撐。
冷卻套可包括：一冷卻劑輸入口設置於反應器內，並與冷卻劑通道連接以通入低溫冷卻劑；一冷卻劑排出口連接至冷卻劑通道，以排出高溫冷卻劑；以及一內管與一外管將冷卻劑輸入口與冷卻劑排出口連接至冷卻劑通道，內管與外管彼此分隔，以於內管內側形成氣體通道，並於內管外側形成冷卻劑通道。
反應器可包括一第一凸緣，位在貫穿的一安裝孔之外側。冷卻套可包括一第二凸緣，固定於冷卻劑輸入口與冷卻劑排出口，當冷卻套***反應器時，第二凸緣可從第一凸緣上封閉安裝孔，且藉由一固定構件將第二凸緣與第一凸緣鎖緊。
內管與外管可形成氣體通道之一開口，對應於棒狀絲之上端。
冷卻套可由鐵鎳基合金(Incoloy 800H、Incoloy 800)、不鏽鋼(SS316L、SS316)與哈斯特合金之其中一者所形成。
源氣體可包括三氯矽烷。
源氣體可另包括二氯矽烷、四氯化矽或氫氣之至少一者。
效果
根據本發明之示例性實施例，包含氣體通道及冷卻劑通道的冷卻套係設置於反應器內，以將化學氣相沉積反應後之氣體從上方部分排至氣體通道，並使得反應器內之源氣體的流動從下方部分至上方部分形成層流。
藉此，可經由於棒狀絲上沉積矽而形成矽棒，而源氣體的層流可使矽棒附近的氣體速度的偏差減到最低，並且可將矽棒直徑的偏差與矽棒表面溫度的偏差減到最低。
此外，層流可以減少因對流所造成的熱損耗，並可降低基本用電量。
請參考以下例示的附圖以更充分地敘述本發明，其中顯示本發明示範性的實施例。正如本領域的技術人員所共知，所描述的實施例可以以各種不同的方式來修改，但都不脫離本發明的精神或範圍。附圖和描述本質上應被視為說明性的而不是限制性的。整份說明書中，相似的參考數字表示相同的元件。
第1圖繪示了本發明一示例性實施例的一多晶矽製造裝置之剖面示意圖。請參考第1圖，根據示例性實施例，多晶矽製造裝置包括一反應器10(西門子化學氣相沉積反應器)內之一冷卻套50，以提供一源氣體並將化學氣相沉積反應後之氣體排至冷卻套50之一氣體通道(gas passage)51。
在此情況下，當反應後之氣體被排至氣體通道51內時，反應後之氣體會被冷卻套50冷卻至位於氣體通道51外之一冷卻劑通道(coolant passage)52。當高溫的反應後氣體被排至氣體通道51時，冷卻氣體並不會對通入至反應器10之源氣體造成熱影響。
此外，冷卻套50係設置於作為反應器10之反應室11（反應於反應室11內完成）的中央，冷卻套50係對應一反應完成點(reaction completed point)而從反應器10內上方部分經氣體通道51排出反應後的氣體。另外，由於源氣體係從反應器10的下方部分通入，且反應後的氣體係立即由反應器10的上方部分排出，因此源氣體可有效地於反應器10內形成一層流(laminar flow)。
由於源氣體在反應器10內由下方部分流動至上方部分，且反應後的氣體係從上方中央排至下方部分，以於反應室11內形成層流，因此能減少矽棒40附近氣體速度的偏差、矽棒40直徑的偏差以及矽棒40表面溫度的偏差。
藉此，可減少對流所造成的熱損耗，並進而降低電力損耗(electricity consumption)。此外，反應器10內矽棒40附近的熱點可被減至最少，亦即，可以抑制產生於矽棒40之爆米花現象，且可輕易地從反應室11排出矽粉末。
此外，源氣體包括三氯矽烷(trichlorosilane，TCS)，其反應方程式為SiHCl3 +H2 →Si+SiHCl3 +SiCl4 +HCl+H2 )，且其以相關技術中矽甲烷(monosilane)流動速率(flow rate)之約10%至20%即足夠，亦即矽棒40可以低流動速率之源氣體所製備。
源氣體可另包括二氯矽烷(dichlorosilane，DCS)、四氯化矽(silicon tetrachloride，STC)與氫氣(hydrogen)中之一個或多個。
由於三氯矽烷的分解溫度(decomposition temperature) 為500至600℃，因此具有較弱的抗腐蝕性(corrosion resistance)，三氯矽烷之沉積速度(deposition velocity)為約1.8至2.0mm/hr，且具有氯原子存在。在一比較例中，矽甲烷的分解溫度為300至400℃、約1mm/hr之沉積速度以及較強的抗腐蝕性。
包括三氯矽烷之源氣體的分解溫度及沉積溫度(deposition temperature)相較於矽甲烷高了約200℃。上述之結果使得在反應器10內進行化學氣相沉積的過程中，使用包括三氯矽烷之源氣體相較於使用矽甲烷可降低產生矽粉末的可能性，藉此可提升矽的沉積效率(deposition efficiency)。
當矽甲烷被暴露於空氣中且沒有腐蝕裝置，其會產生火焰，因此為了安全，需要將裝置密封。然而，三氯矽烷由於有氯的存在使其於製程中可能會腐蝕裝置，但即使三氯矽烷被暴露於空氣中時也不會產生火焰，故三氯矽烷具高安全性。
詳細而言，根據本示例性實施例之多晶矽製造裝置包括形成有反應室11的反應器10、複數對電性饋通件20設置於一底板(base plate)21上、以及複數對棒狀絲(rod filament)30設置於電性饋通件20上，其中棒狀絲30之上端藉由一棒狀橋(rod bridge)31相互連接。
反應器10係由一鐘式反應器所構成，該鐘式反應器於底板21上形成反應室11，且該鐘式反應器與底板21結合以形成一氣密結構。反應器10包括形成反應室11之一鐘罩(bell jar)12以及與鐘罩12分隔之一腔室蓋(chamber cover)13，其中一冷卻劑可流動於鐘罩12與腔室蓋13之間。
底板21係與反應器10結合以形成反應室11並包括一進氣口(gas inlet)22與一出氣口(gas outlet)23。藉此，源氣體由進氣口22通入反應室11內，進氣口22係連接於一含矽氣體源(silicon-containing gas source)(未繪示)，而送至化學氣相沉積之反應後氣體係經出氣口23排出至反應室11外。
出氣口23係設置於底板21的中央，並將反應後的氣體排出。進氣口22係設置於出氣口23外的多個位置，亦即自出氣口23沿底板21之一直徑方向(diameter direction)向外之位置。此外，舉例而言，每一進氣口22可包括3至5個矽棒(silicon rod)40。從進氣口22終端通入的源氣體可具有3至6m/s之氣體速度。
兩兩構成一對之電性饋通件20位於底板21的外側並設置且延伸至反應室11之內。各電極25分別被一棒狀支撐物(rod supporter)24所支撐並連接於電性饋通件20之一端。
兩兩構成一對之棒狀絲30係於反應室11內彼此相隔，兩棒狀絲30豎立之上端係經由棒狀橋31水平地連接。此外，兩兩構成一對之棒狀絲30係於其下端經由電極25與電性饋通件20連接至一外部電能供應源(external electric energy supply source)。因此，一對棒狀絲30與棒狀橋31共同形成一電迴路。
透過電性饋通件20與電極25，電流係流動於棒狀絲30內，鑑於源氣體被提供至反應室11內，並當棒狀絲30被加熱時，包含一氯矽烷類化合物(chlorosilane-based compound)之源氣體係在反應室11內被熱解。
多晶矽係藉化學氣相沉積並於氯矽烷類化合物被熱解後形成於發熱成紅色的棒狀絲30與棒狀橋31的表面上。多晶矽係以多晶之型態沉澱在棒狀絲30與棒狀橋31的表面上，因此可增加矽棒40與棒狀橋31的直徑以得到所欲的尺寸。
因此，當多晶矽沉澱於棒狀絲30與棒狀橋31上以形成矽棒40時，冷卻套50會循環冷卻劑以避免多晶矽沉積於冷卻套50的表面上並使矽棒40不會熔化。
亦即，冷卻劑會使被排至氣體通道51與出氣口23之反應後的高溫氣體冷卻，因此反應後氣體之熱會傳遞給反應室11內之源氣體，以避免紊流(turbulent flow)形成。藉此，源氣體可於反應室11內有效地形成層流。
冷卻套50可由鐵鎳基合金(Incoloy 800H, Incoloy 800)、不鏽鋼 (SS316L, SS316)或哈斯特合金(hastelloy)所形成。這些材料並不會影響沉澱之多晶矽的純度，且具有高溫(例如1000℃或以上)穩定性、抗腐蝕性與製程簡單及價格便宜的特性。
冷卻套50係***位於反應器10之上側的一安裝孔14，並於下端被底板21所支撐。冷卻套50在其內部形成氣體通道51，氣體通道51與形成在底板21的出氣口23相連接，因此反應後之氣體可被排至氣體通道51及出氣口23。
此外，冷卻套50於氣體通道51外形成冷卻劑通道52以循環冷卻劑。冷卻劑通道52的構成係用來從反應器10外通入及循環一低溫冷卻劑而將高溫冷卻劑排至反應器10外。舉例而言，冷卻劑及冷卻套50表面的溫度可為500℃。
冷卻套50係設置於反應室11的中央，出氣口23係形成於底板21的中央，而進氣口22係設置於自出氣口23沿底板21之直徑方向向外的位置並與出氣口23分隔。因此，氣體通道51連接於出氣口23以將送至反應室11內進行反應並反應完成之氣體排至反應室11外。
第2圖繪示了第1圖中反應器的上方部分及冷卻套之***透視圖，且第3圖繪示了在冷卻套設置於底板上的狀態下之局部剖面示意圖。請參考第1圖至第3圖，冷卻套50包括一冷卻劑輸入口(coolant inlet)53與一冷卻劑排出口(coolant outlet)54，以及冷卻套50包括一內管(inner pipe)55與一外管(outer pipe)56，以形成氣體通道51與冷卻劑通道52。
冷卻劑輸入口53設置於反應器10內並連接至冷卻劑通道52以從反應器10外通入低溫冷卻劑。冷卻劑循環於冷卻劑通道52以冷卻冷卻套50的表面，因此多晶矽不會沉積於冷卻套50的表面且矽棒40不會熔化。
冷卻劑排出口54係連接至冷卻劑通道52而將高溫冷卻劑從反應器10內排出。在本示例性實施例中提供兩冷卻劑輸入口53及兩冷卻劑排出口54，即使在一緊急狀況下亦可分別通入及排出冷卻劑。
內管55與外管56係以一雙重結構設置，並於內管55內形成氣體通道51，並於氣體通道51外和內管55與外管56間的間隙形成冷卻劑通道52。
此外，反應器10具有圓頂結構並於其上側提供一第一凸緣(first flange)15位在貫穿的安裝孔14外。冷卻套50提供一第二凸緣(second flange)57固定於冷卻劑輸入口53與冷卻劑排出口54。
為了方便示意，第2圖中之冷卻劑輸入口53與冷卻劑排出口54係繪示為分離於第二凸緣57，但實際上完整的組成形式係將冷卻劑輸入口53與冷卻劑排出口54***並固定於第二凸緣中。
冷卻套50係經由安裝孔14***至反應器10內，以維持部分之冷卻劑輸入口53與冷卻劑排出口54突出於安裝孔14外。
在此情況下，第二凸緣57係設置於第一凸緣15上，且經由一固定構件(fastening member)將第二凸緣57與第一凸緣15鎖緊固定並同時封閉安裝孔14。舉例而言，固定構件包括螺栓16與螺帽17並藉由第一凸緣15之緊固件(fastener)151與第二凸緣57之緊固件571將第一凸緣15與第二凸緣57鎖緊固定。
第4圖繪示了源氣體在第1圖中的反應器內形成層流之狀態示意圖。請參考第1圖至第4圖，內管55與外管56形成氣體通道51之一開口511，對應於棒狀絲30之上端。
因此，在反應室11內反應後之氣體G係立即地從矽棒40之上端通入氣體通道51以排至出氣口23，亦即反應後之氣體G並不會對源氣體在反應室11的流動造成影響。
請回頭參考第1圖至第3圖，冷卻套50係設置於底板21上且冷卻套50與底板21之間具有一襯墊(gasket)60。襯墊60連通設置於氣體通道51及出氣口23之間，並阻擋與反應室11內部的連通。
因此，經由氣體通道51與出氣口23，反應後之氣體G會自反應室11排出而不會對用作化學氣相沉積之源氣體的流動造成影響。亦即，反應後之氣體G不會使反應室11內形成紊流，而可有效地形成層流（LF）。
一凹槽501形成於冷卻套50之下端，並且襯墊60之一側係與凹槽501結合，而襯墊60之另一側係受底板21所支撐。凹槽501係形成為具有一梯形結構(trapezoid structure)，其中梯形結構的上方部分較寬且下方部分較窄，以避免當冷卻套50***反應器10時與襯墊60脫離。舉例而言，襯墊60可由具耐熱性之聚四氟乙烯樹脂(polytetrafluoroethylene resin)所組成。
第5圖繪示了在相關習知技術與示例性實施例中之反應器內各位置之間矽棒表面溫度的偏差之示意圖。請參考第5圖，在相關習知技術中，反應器內之矽棒的中央部分、中間部分與外側部分之間的矽棒表面溫度具有約70℃的偏差量（a）。
反之，在本示例性實施例中，反應器10內之矽棒40的中央部分、中間部分與外側部分之間的矽棒表面溫度具有約20℃的偏差量（b）。因此，在本示例性實施例中，由於設置了冷卻套50而使矽棒40之表面溫度偏差量（b）小於相關習知技術之表面溫度偏差量（a）。
亦即，在本示例性實施例中，矽棒40的表面溫度係一致的且可提升多晶矽的品質。在本示例性實施例中，藉由設置冷卻套50使得矽棒40上下的直徑一致，以降低熱值(calorific value)進而降低表面溫度。
第6圖繪示了相關先前技術中之功率損耗示意圖，而第7圖繪示了示例性實施例之功率損耗示意圖。請參考第6圖，在相關習知技術中矽棒的功率損耗中，輻射(radiation)佔了49%，對流(convection)佔了31%，氣體加熱(gas heating)佔了16%，以及接觸損耗(contact loss)佔了4%。
請參考第7圖，在示例性實施例之矽棒的功率損耗中，輻射佔了63%，對流佔了22%，氣體加熱佔了9%，以及接觸損耗佔了6%。亦即，在本示例性實施例中，相較於相關習知技術可降低對流所造成的熱損耗以及基本用電量。
第8圖繪示了源氣體在第1圖中反應器內形成層流之模擬狀態示意圖。請參考第8圖，在本示例性實施例中，源氣體G11係由反應器10的兩下側通入，且反應後之氣體G12係利用冷卻套50而由中央排出，以全面降低源氣體G11於反應器10內所造成之氣體速度的偏差。
由上述結果可知，反應器10之源氣體形成沿一預定方向流動之層流。此外，氣體速度的偏差很小且所形成的層流會降低矽棒40直徑的偏差。
第9圖至第11圖繪示了比較例1至比較例3之源氣體在反應器內形成紊流之模擬狀態示意圖。請參考第9圖，在比較例1中，源氣體G21係從一反應器80下方之中央及兩側通入，而反應後之氣體G22係從反應器80之上方部分排出。
請參考第10圖，在比較例2中，源氣體G31從反應器80下方中央通入的量係比從反應器80下方兩側通入的量要多(加大下方中央進氣口的直徑)，而反應後之氣體G32係從反應器80之上方部分排出。
請參考第11圖，在比較例3中，源氣體G41從反應器80下方中央通入的量係比從反應器80下方兩側通入的量要多(增加下方中央進氣口的數量)，而反應後之氣體G42係從反應器80之上方部分排出。
由上述結果可知，在比較例1、比較例3與比較例3中，反應器80上方部分與下方部分之源氣體G21、源氣體G31與源氣體G41的氣體速度偏差非常大，且源氣體G21、源氣體G31與源氣體G41分別於上方部分及下方部分形成紊流。由於氣體速度的偏差量大且有紊流形成，因此可能造成矽棒的直徑偏差加劇。
第12圖至第15圖繪示了比較例4至比較例7之源氣體在反應器內形成紊流之模擬狀態示意圖。請參考第12圖，在比較例4中，源氣體G51係被通入一反應器90之中央部分，而反應後之氣體G52係被排出至反應器90的外部。
請參考第13圖，在比較例5中，源氣體G61係被通入至反應器90的外側，而反應後之氣體G62係被排至反應器90之中央部分。請參考第14圖，在比較例6中，源氣體G71係被通入反應器90之中央部分，而反應後之氣體G72係被排至反應器90的上方部分。
請參考第15圖，在比較例7中，源氣體G81係被通入至反應器90的外側，並利用冷卻套50將反應後之氣體G82排至反應器90的下方部分。
由上述結果可知，在比較例4至比較例7中，似乎在源氣體通入處附近(進氣口附近)形成了沿一方向的氣體流動，但反應後之氣體並不容易被排出而因此在各處形成紊流，且紊流可能加劇矽棒的直徑偏差。
在本示例性實施例中，矽棒40上下部分的直徑會趨於一致，並且矽棒40的表面溫度均勻，以提升多晶矽的產量。此外，在本示例性實施例中，由於熱點減少因而提升多晶矽的品質，並由於氣體流動速率降低及減少功率損耗(約15%至25%)而可降低基本用電量。基本用電量的降低可降低多晶矽的購買成本。
第16圖繪示了比較例之反應器內的所形成熱點的狀態示意圖。請參考第16圖，當比較例1至比較例7中之一反應器係應用於多晶矽製造裝置時，熱點HS1係形成於反應器10內。
第17圖繪示了第1圖之反應器內所形成熱點的狀態示意圖。請參考第17圖，當本發明之示例性實施例之反應器10應用於多晶矽製造裝置時，熱點HS2係形成於反應器10內。
當在比較第16圖之比較例與第17圖之示例性實施例時，係處在源氣體流動速率、供應至電性饋通件的功率以及通入源氣體之進氣口的直徑皆相同的條件下。相較於比較例之反應器101，在示例性實施例之反應器10中，氣體溫度為1050K或1050K以上的面積顯著地減少。換言之，相較於比較例之反應器101內的熱點HS1，本發明示例性實施例之反應器10內的熱點HS2係顯著地減少。
雖然本發明已經結合目前被認為是實際的示例性實施例進行了描述，但是應當理解的是，本發明並不限定於所公開的實施例，而是包含在所附請求項的精神和範圍內的各種修改和等同安排。   以上所述僅為本發明之較佳實施例，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、80、90、101‧‧‧反應器
11‧‧‧反應室
12‧‧‧鐘罩
13‧‧‧腔室蓋
14‧‧‧安裝孔
15‧‧‧第一凸緣
16‧‧‧螺栓
17‧‧‧螺帽
20‧‧‧電性饋通件
21‧‧‧底板
22‧‧‧進氣口
23‧‧‧出氣口
24‧‧‧棒狀支撐物
25‧‧‧電極
30‧‧‧棒狀絲
31‧‧‧棒狀橋
40‧‧‧矽棒
50‧‧‧冷卻套
51‧‧‧氣體通道
511‧‧‧開口
52‧‧‧冷卻劑通道
53‧‧‧冷卻劑輸入口
54‧‧‧冷卻劑排出口
55‧‧‧內管
56‧‧‧外管
57‧‧‧第二凸緣
60‧‧‧襯墊
151、571‧‧‧緊固件
501‧‧‧凹槽
LF‧‧‧層流
HS1、HS2‧‧‧熱點
第1圖繪示了本發明一示例性實施例的多晶矽製造裝置之剖面示意圖。 第2圖繪示了第1圖中反應器的上方部分及冷卻套之***透視圖。 第3圖繪示了在冷卻套設置於底板上的狀態下之局部剖面示意圖。 第4圖繪示了源氣體在第1圖中的反應器內形成層流之狀態示意圖。 第5圖繪示了在相關技術與示例性實施例中之反應器內各位置之間矽棒表面溫度的偏差之示意圖。 第6圖繪示了相關技術中之功率損耗示意圖。 第7圖繪示了示例性實施例之功率損耗示意圖。 第8圖繪示了源氣體在第1圖中反應器內形成層流之模擬狀態示意圖。 第9圖至第11圖繪示了比較例1至比較例3之源氣體在反應器內形成紊流之模擬狀態示意圖。 第12圖至第15圖繪示了比較例4至比較例7之源氣體在反應器內形成紊流之模擬狀態示意圖。 第16圖繪示了比較例之反應器內所形成熱點的狀態示意圖。 第17圖繪示了第1圖之反應器內所形成熱點的狀態示意圖。
10‧‧‧反應器
11‧‧‧反應室
12‧‧‧鐘罩
13‧‧‧腔室蓋
14‧‧‧安裝孔
15‧‧‧第一凸緣
16‧‧‧螺栓
17‧‧‧螺帽
20‧‧‧電性饋通件
21‧‧‧底板
22‧‧‧進氣口
23‧‧‧出氣口
24‧‧‧棒狀支撐物
25‧‧‧電極
30‧‧‧棒狀絲
31‧‧‧棒狀橋
40‧‧‧矽棒
50‧‧‧冷卻套
51‧‧‧氣體通道
511‧‧‧開口
52‧‧‧冷卻劑通道
53‧‧‧冷卻劑輸入口
54‧‧‧冷卻劑排出口
55‧‧‧內管
56‧‧‧外管
57‧‧‧第二凸緣
60‧‧‧襯墊

Claims (11)

  1. 一種多晶矽製造裝置，包括：       一反應器，設置於一底板上以形成一反應室；       一對電性饋通件(electrical feedthrough)，設置於該底板上並延伸至該反應室內；       複數個棒狀絲(rod filament)，設置於該等電性饋通件上並位於該反應室內，該等棒狀絲之上端藉由一棒狀橋(rod bridge)相互連接，並透過化學氣相沉積自一進氣口(gas inlet)通入之一源氣體(source gas)來形成一矽棒(silicon rod)；以及       一冷卻套(cooling jacket)，***位於該反應器上側之一通孔(through-hole)並受該底板所支撐，該冷卻套連接至形成於該底板上的一出氣口(gas outlet)並藉由形成一氣體通道(gas passage)而將反應後的氣體排出，以及藉由在該氣體通道外形成一冷卻劑通道(coolant passage)，以從該反應器外將一低溫冷卻劑通入及循環至該冷卻劑通道，並將一高溫冷卻劑排出至該反應器外。
  2. 如請求項1的多晶矽製造裝置，其中該出氣口係形成於該底板的中央，而該進氣口係設置於自該出氣口沿該底板之一直徑方向(diameter direction)向外之一位置，且該位置與該出氣口分隔。
  3. 如請求項2的多晶矽製造裝置，其中該冷卻套係設置於該反應室的中央，以使該氣體通道連接至該出氣口。
  4. 如請求項3的多晶矽製造裝置，另包括：       一襯墊(gasket)，設置於該冷卻套與該底板之間，其中該襯墊連通設置於該氣體通道及該出氣口之間，並阻擋與該反應室內部的連通。
  5. 如請求項4的多晶矽製造裝置，其中一凹槽係形成於該冷卻套之一下端，並且該襯墊之一側係與該凹槽結合，而該襯墊之另一側係受該底板所支撐。
  6. 如請求項1的多晶矽製造裝置，其中該冷卻套包括：       一冷卻劑輸入口(coolant inlet)設置於該反應器內，並與該冷卻劑通道連接以通入該低溫冷卻劑；       一冷卻劑排出口(coolant outlet)連接至該冷卻劑通道，以排出該高溫冷卻劑；以及       一內管(inner pipe)與一外管(outer pipe)，將該冷卻劑輸入口與該冷卻劑排出口連接至該冷卻劑通道，該內管與該外管彼此分隔，以於該內管內側形成該氣體通道，並於該內管外側形成該冷卻劑通道。
  7. 如請求項6的多晶矽製造裝置，其中       該反應器包括一第一凸緣(first flange)，位在貫穿的一安裝孔(installation hole)之外側；       該冷卻套包括一第二凸緣(second flange)，固定於該冷卻劑輸入口與該冷卻劑排出口；以及       當該冷卻套***該反應器時，該第二凸緣從該第一凸緣上封閉該安裝孔，且藉由一固定構件(fastening member)將該第二凸緣與該第一凸緣鎖緊。
  8. 如請求項7的多晶矽製造裝置，其中該內管與該外管形成該氣體通道之一開口(opening)，對應於該棒狀絲之上端。
  9. 如請求項1的多晶矽製造裝置，其中該冷卻套係由鐵鎳基合金(Incoloy 800H、Incoloy 800)、不鏽鋼(SS316L、SS316)與哈斯特合金(hastelloy)之其中一者所形成。
  10. 如請求項1的多晶矽製造裝置，其中該源氣體包括三氯矽烷(trichlorosilane，TCS)。
  11. 如請求項1的多晶矽製造裝置，其中該源氣體另包括二氯矽烷(dichlorosilane，DCS)、四氯化矽(silicon tetrachloride，STC)或氫氣(hydrogen)之至少一者。
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