电阻式加热器与多晶硅长晶装置的制作方法

本实用新型涉及一种加热器，且特别涉及一种电阻式加热器与多晶硅长晶装置。

背景技术：

请参照图1，其绘示一种传统多晶硅长晶装置的装置示意图。传统的多晶硅长晶装置100主要包含炉体102、坩埚104、上加热器106、下加热器108以及侧加热器110，其中坩埚104、上加热器106、下加热器108以及侧加热器110均设于炉体102中。坩埚104可装盛硅原料。上加热器106设于坩埚104的上方，下加热器108设于坩埚104的下方并与上加热器106相对。侧加热器110则环设于坩埚104的侧面旁。于长晶制程中，上加热器106、下加热器108与侧加热器110将电能转变成热能，以将坩埚104内的硅原料熔成硅熔汤，再让硅熔汤降温以形成硅锭。

请参照图2，其绘示一种传统多晶硅长晶装置之上加热器的俯视示意图。一般而言，在多晶硅长晶装置100中，上加热器106主要包含长连接器112、二短连接器114a与114b、以及六根加热棒116a与六根加热棒116b。短连接器114a与114b依序排列于长连接器112的对面。加热棒116a依序排列于长连接器112与短连接器114a之间，其中每根加热棒116a的一端连接长连接器112，另一端则连接短连接器114a。另外，加热棒116b依序排列于长连接器112与短连接器114b之间，其中每根加热棒116b的一端连接长连接器112，另一端则连接短连接器114b。

电流流经上加热器106的长连接器112、短连接器114a与114b、以及加热棒116a与116b时会产生焦耳热，而将电能转变成热能。因此，电流在上加热器106的分布行为将直接影响上加热器106上的温度分布。

目前，为了避免硅熔汤在凝固时黏在坩埚104的内部表面上，坩埚104的表面通常涂布有抗沾黏层。抗沾黏层的材料大都为氮化硅(Si₃N₄)。然，当环境温度过高时，抗沾黏层容易失效，而造成硅熔汤直接接触到坩埚104的内部表面，进而导致多晶硅黏埚，造成多晶硅锭裂锭或破锭缺陷。

因此，亟需一种多晶硅长晶装置，可在多晶硅长晶制程中避免局部环境过热，并可提高环境温度的均匀度，而达到降低多晶硅黏锅风险、改善多晶硅破锭或产生破锭缺陷的目的。

技术实现要素：

因此，本实用新型的一目的就是在提供一种电阻式加热器与多晶硅长晶装置，其通过改变长连接器的几何形状，来降低长连接器的局部发热，藉此可改善加热器的热点现象，而可降低多晶硅晶锭黏锅风险，进而可提升多晶硅的晶锭良率。

本实用新型的另一目的是在提供一种电阻式加热器与多晶硅长晶装置，其利用改变长连接器、短连接器与加热棒的几何形状，可调整加热器的温度分布，因此可提升热场的温度分布的均匀度。

为达上述目的，本实用新型提供一种电阻式加热器，该电阻式加热器的外轮廓呈一矩形，其中该电阻式加热器包含：

一第一短连接器和一第二短连接器，该第一短连接器和该第二短连接器互相分离且依序设置于该矩形的一第一边；

一长连接器，设置于该矩形的相对于该第一边的一第二边；

多个第一加热棒，每一该些第一加热棒以一端连接于该第一短连接器而以另一端连接于该长连接器；以及

多个第二加热棒，每一该些第二加热棒以一端连接于该第二短连接器而以另一端连接于该长连接器，

其中该长连接器具有一中间段、和分别连接于该中间段的一第一端部段及一第二端部段，且该中间段的截面积大于该第一端部段的截面积，且该中间段的截面积大于该第二端部段的截面积。

上述的电阻式加热器，其中该些第一加热棒位于较外侧者的截面积大于较内侧者的截面积，且该些第二加热棒位于较外侧者的截面积大于较内侧者的截面积。

上述的电阻式加热器，其中该第一短连接器、该第二短连接器、该长连接器、该些第一加热棒与该些第二加热棒的材质相同。

上述的电阻式加热器，其中该第一短连接器与该第二短连接器分别连接一电源的一第一极与一第二极。

为达上述目的，本实用新型还提供一种多晶硅长晶装置，其包含：

一坩埚；

一上电阻式加热器，位于该坩埚的上方；以及

一下电阻式加热器，位于该坩埚的下方；

其中该上电阻式加热器的外轮廓呈一矩形，且该上电阻式加热器包含：

一第一短连接器和一第二短连接器，该第一短连接器和该第二短连接器互相分离且依序设置于该矩形的一第一边；

一长连接器，设置于该矩形的相对于该第一边的一第二边；

多个第一加热棒，每一该些第一加热棒以一端连接于该第一短连接器而以另一端连接于该长连接器；以及

多个第二加热棒，每一该些第二加热棒以一端连接于该第二短连接器而以另一端连接于该长连接器，

其中该长连接器具有一中间段、和分别连接于该中间段的一第一端部段及一第二端部段，且该中间段的截面积大于该第一端部段的截面积，且该中间段的截面积大于该第二端部段的截面积。

上述的多晶硅长晶装置，其中该些第一加热棒位于较外侧者的截面积大于较内侧者的截面积，且该些第二加热棒位于较外侧者的截面积大于较内侧者的截面积。

上述的多晶硅长晶装置，其中该第一短连接器、该第二短连接器、该长连接器、该些第一加热棒与该些第二加热棒的材质相同。

上述的多晶硅长晶装置，其中该第一短连接器与该第二短连接器分别连接一电源的一第一极与一第二极。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

为让本实用新型的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附的附图说明如下：

图1绘示一种传统多晶硅长晶装置的装置示意图；

图2绘示一种传统多晶硅长晶装置的上加热器的俯视示意图；

图3绘示依照本实用新型的一实施方式的一种多晶硅长晶装置的装置示意图；

图4绘示依照本实用新型的一实施方式的一种多晶硅长晶装置的上电阻式加热器的俯视示意图；

图5A绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的第二短连接器的俯视示意图；

图5B绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的第二短连接器的侧视示意图；

图6A绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的长连接器的俯视示意图；

图6B绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的长连接器的侧视示意图；

图7绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的第一加热棒的俯视示意图；以及

图8绘示本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器与传统上加热器上的近中心处与其他处的发热功率差值柱状图。

其中，附图标记

100 多晶硅长晶装置 102 炉体

104 坩埚 106 上加热器

108 下加热器 110 侧加热器

112 长连接器 114a 短连接器

114b 短连接器 116a 加热棒

116b 加热棒 200 多晶硅长晶装置

202 坩埚 204 上电阻式加热器

206 下电阻式加热器 208 炉体

210 矩形 210a 第一边

210b 第二边 210c 第三边

210d 第四边 212a 第一短连接器

212b 第二短连接器 214 长连接器

216a～216f 第一加热棒 216a”～216f” 孔洞

218a～218f 第二加热棒 218a’～218f’ 孔洞

218a”～218f” 孔洞 220a 连接件

220b 连接件 220b’ 高度

222 中间段 222a 高度

224 第一端部段 224a 高度

226 第二端部段 226a 高度

228 中间段 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 主体部

236 插设部 238 插设部

(a)～(f) 点

具体实施方式

发明人经观察后，发现在长晶制程时，因坩埚内部表面上的抗沾黏层失效而发生黏锅的位置，大多对应于电阻式上加热器的长连接器的中央区域。经模拟辅助计算后得知长连接器的中央区域为电流汇集处，因而该区域相对于长晶装置的其他区域形成热点，接近该热点的抗沾黏层易因热点的相对高温而失效，造成黏锅而致使多晶硅锭裂锭或产生破锭缺陷。有鉴于此，本实用新型在此提出一种电阻式加热器及包含此电阻式加热器的多晶硅长晶装置，其通过改变电阻式加热器的几何形状的方式，来改善电阻式加热器的局部热点情况，藉此可降低多晶硅锭黏锅风险，进一步可提升长晶制程的良率。

请参照图3，其绘示依照本实用新型的一实施方式的一种多晶硅长晶装置的装置示意图。在一些例子中，多晶硅长晶装置200主要包含坩埚202、上电阻式加热器204与下电阻式加热器206。坩埚202、上电阻式加热器204与下电阻式加热器206均设于多晶硅长晶装置200的炉体208内部。坩埚202可装盛硅原料。而上电阻式加热器204设于坩埚202的上方，下电阻式加热器206设于坩埚202的下方并与上电阻式加热器204相对。于长晶制程中，上电阻式加热器204与下电阻式加热器206将电能转变成热能，以将坩埚202内的硅原料熔成硅熔汤。

在这些例子中，如图3所示，可加大坩埚202的尺寸，以使坩埚202的尺寸大于传统坩埚，例如图1所示的坩埚104，藉此坩埚202可容纳更多硅原料，而增大所产出的多晶硅晶锭。由于坩埚202尺寸加大，因此多晶硅长晶装置200可加大上电阻式加热器204与下电阻式加热器206的尺寸，以使上电阻式加热器204与下电阻式加热器206的加热范围可涵盖坩埚202，并且可不设侧加热器。当然，在另一些例子中，可不加大坩埚202的尺寸，并于坩埚202侧边环设侧加热器。

请同时参照图3与图4，其中图4绘示依照本实用新型的一实施方式的一种多晶硅长晶装置的上电阻式加热器的俯视示意图。上电阻式加热器204的外轮廓可大致呈矩形210。此矩形210包含彼此相对的第一边210a与第二边210b，以及彼此相对的第三边210c与第四边210d，其中第三边210c与第四边210d分别接合在第一边210a与第二边210b之间。在一些例子中，上电阻式加热器204主要可包含第一短连接器212a、第二短连接器212b、长连接器214、多个第一加热棒以及多个第二加热棒，其中第一加热棒与第二加热棒的数量可根据制程或装置需求而调整。举例而言，上电阻式加热器204可包含六个由其中央往左侧依序排列的第一加热棒216a～216f、以及六个由其中央往右侧依序排列的第二加热棒218a～218f，其中第一加热棒216a～216f与第二加热棒218a～218f可以一定间距的方式排列。在一些示范例子中，第一短连接器212a、第二短连接器212b、长连接器214、第一加热棒216a～216f以及第二加热棒218a～218f的材质可相同。

在上电阻式加热器204中，第一短连接器212a和第二短连接器212b互相分离且依序设置于矩形210的第一边210a。第一短连接器212a上设有连接件220a，第二短连接器212b上则设有连接件220b。第一短连接器212a的连接件220a与第二短连接器212b的连接件220b可分别与一电源的第一极与第二极连接，藉此电源可通过连接件220a与220b而将电流导入上电阻式加热器204。

请参照图5A与图5B，其分别绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的第二短连接器的俯视示意图与侧视示意图。在一些例子中，上电阻式加热器204的第二短连接器212b的连接件220b并非设置在中央，而是较接近第一短连接器212a。第二短连接器212b可具有中间段222、以及位于中间段222的相对二侧的第一端部段224与第二端部段226。连接件220b接合在第一端部段224与中间段222之间。举例而言，第二加热棒218a与218b可设于第一端部段224的孔洞218a’与218b’中，第二加热棒218c与218d可设于中间段222的孔洞218c’与218d’中，第二加热棒218e与218f则可设于第二端部段226的孔洞218e’与218f’中。

在一些示范例子中，第一端部段224的高度224a与第二端部段226的高度226a小于连接件220b的高度220b’，例如第一端部段224及第二端部段226与连接件220b的底部实质齐平，但连接件220b的顶部高于第一端部段224的顶部及第二端部段226的顶部，如图5B所示。中间段222的高度222a从连接件220b渐减至第二端部段226，例如中间段222的底部、第二端部段226的底部与连接件220b的底部实质齐平，但连接件220b的顶部高于第二端部段226的顶部，而中间段222的上表面自连接件220b的顶部倾斜向下至第二端部段226的顶部，如图5B所示。因此，中间段222的截面积大于第一端部段224的截面积及第二端部段226的截面积。第一短连接器212a的结构设计与第二短连接器212b的结构设计对称，故关于第一连接器212a的结构设计于此不再赘述。

请再次参照图4，长连接器214设置在矩形210的第二边210b。请一并参照图6A与图6B，其分别依照本新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的长连接器的俯视示意图与侧视示意图。在一些例子中，长连接器214具有中间段228、第一端部段230与第二端部段232，其中第一端部段230与第二端部段232分别连接在中间段228的相对二端。举例而言，第一加热棒216c～216f可分别设于第一端部段230的孔洞216c”～216f”中，第一加热棒216a与216b及第二加热棒218a与218b可分别设于中间段228的孔洞216a”与216b”及孔洞218a”与218b”中，第二加热棒218c～218f则可分别设于第二端部段232的孔洞218c”～218f”中。

在一些示范例子中，如图6A所示，第一端部段230的厚度230a与第二端部段232的厚度232a小于中间段228的厚度228a，例如中间段228朝图4的矩形210的第一边210a的方向凸出。此外，如图6B所示，第一端部段230的高度230b与第二端部段232的高度232b小于中间段228的高度228b，例如中间段228朝上凸出。因此，中间段228的截面积大于第一端部段230的截面积及第二端部段232的截面积。

请再次参照图4，第一加热棒216a～216f均以一端连接第一短连接器212a，并以另一端连接长连接器214，其中第一加热棒216a～216f可利用插设的方式连接第一短连接器212a与长连接器214。类似地，第二加热棒218a～218f均以一端连接第二短连接器212b，并以另一端连接长连接器214，其中第二加热棒218a～218f可利用插设的方式连接第二短连接器212b与长连接器214。

在一些例子中，可加粗上电阻式加热器204的部分加热棒。如图4所示，第一加热棒216a～216f中位于上电阻式加热器204的较外侧者，例如第一加热棒216f、或第一加热棒216f与216e的截面积可大于较内侧者，例如第一加热棒216a～216e、或第一加热棒216a～216d的截面积。另外，第二加热棒218a～218f中位于上电阻式加热器204的较外侧者，例如第二加热棒218f、或第二加热棒218f与218e的截面积大于较内侧者，例如第二加热棒218a～218e、或第二加热棒218a～218d的截面积。

此外，每根加热棒可为等直径的棒状结构，但在一些示范例子中，每根加热棒的直径可不一致，或者部分加热棒为等直径结构而另一部分加热棒为非等直径结构。举例而言，当第一加热棒216f与216e的截面积大于第一加热棒216a～216d的截面积时，第一加热棒216f与216e可为非等直径结构，而第一加热棒216a～216d可为等直径结构。以下利用第一加热棒216f来举例说明非等直径的加热棒结构。请参照图7，其绘示依照本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器的第一加热棒的俯视示意图。第一加热棒216f可具有主体部234、以及分别位于主体部234的二端的插设部236与238，其中插设部236与238配置以分别插设于长连接器214与第一短连接器212a中。由于第一加热棒216f的主体部234被加粗，因此为了使第一加热棒216f能顺利设置在长连接器214与第一短连接器212a的原设计的孔洞中，插设部236与238的直径可小于主体部234的直径。

在本实施方式中，通过改变长连接器214的几何形状，以增加中间段228的截面积，来降低长连接器214的中间段228的发热，藉此可改善上电阻式加热器204的热点现象，而可降低多晶硅晶锭黏锅风险，进而可提升多晶硅的晶锭良率。

此外，本实施方式更可利用改变短连接器以及加热棒的几何形状，即增加第一短连接器212a的中间段与第二短连接器212b的中间段222的截面积、以及加粗第一加热棒216f或第一加热棒216e与216f和第二加热棒218f或第二加热棒218e与218f，来调整上电阻式加热器204的温度分布。藉此，可提升多晶硅长晶装置200的炉体208内的热场温度分布的均匀度。

请参照下表1，其列示出图1的传统上加热器106与本实用新型的上电阻式加热器204的点(a)～(f)处的发热功率(单位：W/m²)。

表1

并请同时参照图1、图4与图8，其中图8绘示本实用新型的一实施方式的一种上电阻式加热器与传统上加热器上的近中心处(点(c))与其他处(点(a)、(b)、(d)、(e)及(f))的发热功率差值柱状图。由表1可知，增加上电阻式加热器204的长连接器214的中间段228的截面积后，上电阻式加热器204的点(a)处的发热功率确实较传统上加热器106的发热功率下降。因此，可有效改善多晶硅晶锭的裂锭或破锭问题。

另外，由图8可知，增加第一短连接器212a的中间段与第二短连接器212b的中间段222的截面积、以及加粗第一加热棒216f或第一加热棒216e与216f和第二加热棒218f或第二加热棒218e与218f，上电阻式加热器204的温度较高的点(c)与其他各点(a)、(b)及(d)～(f)之间的发热功率差值较传统上加热器106小，因此上电阻式加热器204的温度分布较上加热器106均匀。

由上述的实施方式可知，本实用新型的一优点就是因为本实用新型的电阻式加热器与多晶硅长晶装置通过改变长连接器的几何形状，来降低长连接器和加热器其他部位的发热功率差异，提升热场的温度分布均匀度，而可降低多晶硅晶锭黏锅风险，进而可提升多晶硅的晶锭良率。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。