CN103098172A - 具有能量回收的半导体制作的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明可以在半导体加工操作过程中通过使用其上具有辐射屏蔽层的钟罩提供或促进能量回收操作，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的含有镍的中间层和配置在所述中间层上的可以包括金层的反射层构成。所述反射层具有小于5%的发射率，更优选地，所述反射层具有小于约1%的发射率。来自反应室的热量可以用于减少一个或多个其他单元操作的热负荷。

Description

具有能量回收的半导体制作的系统和方法
发明背景
1.技术领域
本发明涉及制作半导体材料的系统和方法，尤其涉及在半导体制作过程中回收并利用热能以降低能耗的系统和方法。
2.相关技术的讨论
Koppl等人，在美国专利No.4,173,944中，公开了一种镀银的气相沉积室。
Chandra等人，在美国专利No.6,365,225B1中，公开了一种用于块状多晶硅的化学气相沉积的冷壁反应器和方法。
Wan等人，在美国专利申请公开2007/0251455Al中，公开了一种通过化学气相沉积来生产块状多晶硅的方法和工艺。
Martin等人，在美国专利No.4,579,080中，公开了一种用于化学气相沉积的感应加热的反应器系统。
McNeilly，在美国专利No.4,938,815中，公开了一种半导体基板加热器和反应器。
发明内容
本发明的一个或多个方面可以涉及一种半导体材料制作设施的化学气相沉积系统。所述化学气相沉积系统可以包括反应室，所述反应室具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩。所述钟罩可以具有辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由通常配置在所述钟罩的内表面上的镍层和通常配置在所述镍层上的金层构成。所述钟罩还可以包括冷却管道，所述冷却管道具有管道入口和管道出口，其中所述冷却管道与所述辐射屏蔽层热通信。所述系统还可以包括热交换器，所述热交换器在其第一热侧面与所述冷却管道流体连接并且进一步地在其第二热侧面与所述半导体材料制作设施的至少一个单元操作流体连接。所述辐射屏蔽层通常具有小于约5%的发射率。在根据本发明一些方面的一些实施方案中，所述热交换器通常通过冷却剂或冷却流体与所述辐射屏蔽层热连接，在某些情况下，所述冷却剂可以基本上由水组成。所述系统还可以包括一个或多个闪蒸槽，每个闪蒸槽可以具有入口和蒸汽出口，所述入口与所述冷却管道的管道出口流体连接，所述蒸汽出口与所述热交换器的交换器入口流体连接。所述热交换器可以具有交换器出口，所述交换器出口在所述闪蒸槽的上流流体连接。所述闪蒸槽可以具有冷凝物出口，所述冷凝物出口在所述冷却管道的管道入口的上流流体连接。所述系统还可以包括冷却器，所述冷却器在所述热交换器的下流和在某些情况下在所述冷却管道的管道入口的上流流体连接。在属于本发明一些方面的一些构造中，所述系统还可以包括至少一种多晶硅前体化合物的一个或多个源，所述一个或多个源中的每一个与所述反应室的反应物入口流体连接或可与其流体连接。
本发明的一个或多个方面可以涉及一种在半导体制作设施中促进制作半导体材料的方法。所述方法可以包括提供包括反应室的化学气相沉积系统，所述反应室具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩。所述钟罩通常包括辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层具有配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的金层。所述钟罩通常还包括冷却管道，所述冷却管道包括管道入口和管道出口。所述方法还可以包括将所述冷却管道流体连接到热交换器的第一热侧面，将所述热交换器的第二热侧面流体连接到所述半导体制作设施的至少一个单元操作。在某些情况下，将所述冷却管道流体连接到所述热交换器可以包括将所述热交换器的第一热侧面连接到至少一个闪蒸槽，并且在某些情况下，将至少一个闪蒸槽连接到所述冷却管道。在本发明的一些构造中，所述促进制作的方法还可以包括将冷却系统连接到所述冷却管道和所述闪蒸槽。
本发明的一个或多个方面可以涉及一种化学气相沉积系统，所述化学气相沉积系统包括反应室，所述反应室具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩。所述钟罩可以包括由配置在所述钟罩的内表面上的镍层构成的辐射屏蔽层，还可以包括配置在所述镍层上的金层。所述钟罩还可以包括冷却管道，所述冷却管道具有管道入口和管道出口，其中所述冷却管道与所述辐射屏蔽层热通信。
本发明的一个或多个其他方面可以涉及一种在半导体制作设施的化学气相沉积设备中制作半导体材料的方法。所述化学气相沉积设备可以具有反应室，所述反应室至少部分地由钟罩限定，所述钟罩在其上具有辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的金层构成。所述制作半导体材料的方法可以包括：将前体反应物引入所述反应室中、将所述反应室中的细丝加热到足以促使所述前体反应物的至少一部分转化成半导体材料的温度以及将至少一部分热能从所述反应室转移到所述半导体制作设施的处理流体。本发明的一个或多个特定方面可以涉及一种制作作为半导体材料的多晶硅的方法。所述制作半导体材料的方法可以包括从所述反应室回收热能。本发明的一些构造可以涉及一种制作半导体材料的方法，其中从所述反应室回收热能包括促使向冷却剂的传热，以将所述辐射屏蔽层的温度保持在约200°C~约300°C。本发明的其他构造可以涉及一种制作半导体材料的方法，其中从所述反应室回收热能包括促使向所述冷却剂足量的传热，以将所述辐射屏蔽层的温度保持在约200°C~约250°C。本发明的其他构造可以涉及一种制作半导体材料的方法，其中从所述反应室回收热能包括使水经由与所述辐射屏蔽层热通信的冷却管道循环，并且其中从所述反应室转移至少一部分回收的热能包括在闪蒸器中将至少一部分水蒸发成闪发蒸汽，并且用所述闪发蒸汽加热所述处理流体。本发明的其他构造可以涉及一种制作半导体材料的方法，其中从所述反应室转移至少一部分热能包括将至少一部分冷却剂蒸发、将至少一部分蒸发的冷却剂转移到热交换器中以及在所述热交换器中将至少一部分蒸发的冷却剂冷凝。在本发明的涉及制作半导体材料的方法的一些构造中，转移至少一部分回收的热能包括在所述半导体制作设施的再沸器中加热所述处理流体。
本发明的一个或多个方面可以涉及一种在化学气相沉积设备的反应室中生产多晶硅的方法。所述方法可以包括在小于50KW·hr/Kg生产的多晶硅的净反应室能耗速率下促使硅前体反应物转化成多晶硅，其中所述反应室至少部分地由钟罩限定，所述钟罩在其上具有辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的发射率低小于5%的金层构成。所述生产多晶硅的方法还可以包括将热能从所述反应室转移到多晶硅设施的热交换器。在本发明的一些构造中，所述生产多晶硅的方法还可以包括调节冷却剂的至少一个操作条件，所述冷却剂配置成从所述反应室接收至少一部分热能。根据本发明的涉及生产多晶硅的方法的一些实施方案，调节冷却剂的至少一个操作条件可以包括调节流经冷却管道的冷却剂的流量，所述冷却管道在所述反应室和所述热交换器之间提供热通信。根据本发明的涉及生产多晶硅的方法的其他实施方案，调节冷却剂的至少一个操作条件可以包括在多晶硅的生产过程中将所述金层保持在约200°C~约300°C的最大温度下。
附图说明
各个附图不是按比例绘制的。在附图中，各图中示出的每个相同或几乎相同的部件用相同的附图标记表示。为清楚起见，在每个图中不是每个部件都被标号。
在附图中：
图1是根据本发明的一个或多个方面的化学气相沉积系统的示意图；
图2是属于本发明的一个或多个方面的反应室的一部分的示意图；
图3是示出根据本发明的一个或多个实施方案的辐射屏蔽层的显微照片的副本；
图4是根据本发明的一个或多个实施方案的具有辐射屏蔽层的钟罩的照片的副本；
图5是示出在暴露于不同温度下的含有氢气和氮气的气体混合物约4小时后，在使用和未使用镍层的情况下具有金层的辐射屏蔽层的反射率下降的图表；
图6是根据本发明的一个或多个方面的系统的示意图，示出涉及到回收在沉积过程中产生的热能的实施方案；
图7是根据本发明的一个或多个方面的系统的示意图，示出涉及到回收在沉积过程中产生的热能的实施方案；
图8是根据本发明的一个或多个方面的系统的示意图，示出涉及到回收在沉积过程中产生的热能的实施方案；以及
图9是根据本发明的一个或多个方面的系统的示意图，示出涉及到回收在沉积过程中产生的热能的实施方案。
具体实施方式
本发明的一个或多个方面可以提供或促进能量回收操作。本发明的一个或多个方面可以在半导体加工操作中有利地提供或促进能耗降低。本发明的一个或多个其他方面在生产半导体材料的同时可以在高于常规温度的温度下提供或促进半导体加工设施的一个或多个部件的操作。
本发明的一些方面可以通过在小于50KW·hr/Kg生产的多晶硅的净反应室能耗速率下促使硅前体反应物转化成多晶硅而在化学气相沉积设备的反应室中促进多晶硅的生产。所述反应室可以至少部分地由其上具有辐射屏蔽层的钟罩限定，所述辐射屏蔽层由例如配置在所述钟罩的内表面上的含有镍的中间层和配置在所述中间层上的可以包括金层的反射层构成。优选地，所述反射层具有小于5%的发射率，更优选地，所述反射层具有小于约1%的发射率。
生产多晶硅还可以包括将热能从反应室转移到多晶硅设施的热交换器。在本发明的一些构造中，生产多晶硅的方法还可以包括调节冷却剂的至少一个操作条件，所述冷却剂配置成从所述反应室接收至少一部分热能。在某些情况下，调节冷却剂的至少一个操作条件可以包括调节流经冷却管道的冷却剂的流量，所述冷却管道在所述反应室和所述热交换器之间提供热通信。根据本发明的涉及生产多晶硅的方法的其他实施方案，调节冷却剂的至少一个操作条件可以包括在多晶硅的生产过程中将所述金层保持在约200°C~约300°C的最大温度下。
本发明的一个或多个特定方面可以涉及一种用于生产半导体材料的制作系统。如图1和图2示意性所示的，本发明的一个或多个构造可以涉及一种用于生产半导体产品102的带有化学气相沉积系统100的制作系统。化学气相沉积系统100可以包括由底板106和可紧固到底板106上的钟罩108限定的或具有它们的反应室104。钟罩108可以具有由第一层或中间层112和反射层116构成的辐射屏蔽层110，第一层或中间层通常配置在钟罩108的内表面114上，该反射层通常配置在中间层112上。辐射屏蔽层110引起来自半导体产品102的入射辐射的至少部分反射。辐射屏蔽层110至少部分地减少了从半导体产品102到钟罩108的辐射传热。钟罩108还可以包括一个或多个传热结构，如一个或多个冷却管道118。
钟罩108可以由金属构成，如各种等级的不锈钢合金或其他镍合金中的任一种。
在涉及诸如冷却剂或冷却流体等传热介质的构造中，一个或多个管道118通常具有至少一个管道入口120和至少一个管道出口122。出口122通过一个或多个冷却管道118的一个或多个通道与入口120流体连接。一个或多个冷却管道118中的至少一个通常与辐射屏蔽层110热通信。
在属于本发明的一些方面的一些构造中，化学气相沉积系统还可以包括至少一种多晶硅前体化合物的一个或多个源，一个或多个源中的每一个通过例如一个或多个室入口142与反应室的反应物入口流体连接或可与其连接。在半导体制作过程中，通常通过来自一个或多个电源146的电能将一个或多个细丝144加热到促使一种或多种前体化合物转化成半导体材料产品102的温度。来自一个或多个半导体制作反应的未反应的前体化合物和副产物可以通过至少一个室出口148离开室104。
辐射屏蔽层110通常具有小于约5%的发射率。在根据本发明一些方面的一些实施方案中，一个或多个热交换器可以通过冷却流体与辐射屏蔽层110热连接，并且在某些情况下，冷却流体可以基本上由水组成。
在本发明的一些构造中，该系统还可以包括至少一个热交换器123，该热交换器在其第一热侧面与一个或多个冷却管道118流体连接。在本发明的某些实施方案中，热交换器123可以在其第二热侧面与半导体制作设施的至少一个单元操作流体连接。
在本发明的一些构造中，该系统可以包括一个或多个闪蒸槽124。一个或多个闪蒸槽124中的每一个可以具有与管道出口122流体连接的入口126。一个或多个闪蒸槽124还可以包括一个或多个蒸汽出口128。蒸汽出口128可以与一个或多个热交换器123的交换器入口130流体连接，在其他构造中，热交换器123可以具有在闪蒸槽的上流并通常在第二入口134处流体连接的交换器出口132。一个或多个闪蒸槽124还可以具有在冷却管道118的管道入口120的上流流体连接的冷凝物出口136。
本发明的一些其他实施方案可以涉及一种热交换器，如通过管道出口122与管道118流体连接的加热器138。通常，热交换器138还可以在管道入口120的上流流体连接。因此，在本发明的一些构造中，热交换器138可以在环路或流体流路中与管道118流体连接。该系统还可以包括一个或多个冷却单元操作，如可以在热交换器138下流流体连接的冷却器140，并且在某些情况下，在冷却管道的管道入口120上流流体连接。因此，本发明的一些构造可以涉及包括冷却器140、热交换器138和管道118的流动环路。
本发明的一个或多个其他方面可以涉及一种在半导体制作设施的化学气相沉积设备中制作半导体材料的方法。在本发明的某些应用中，半导体材料可以是多晶硅。制作半导体材料102可以包括将至少一种前体反应物引入反应室104中，将反应室104中的细丝114加热到足以促使至少一种前体反应物的至少一部分转化成半导体材料102的温度，以及将至少一部分热能从反应室转移到半导体制作设施的处理流体。制作半导体材料的方法还可以包括从反应室102回收热能。从反应室回收热能可以包括促使向冷却剂的传热，以将辐射屏蔽层110的温度保持在约200°C~约300°C。本发明的优选构造可以涉及从反应室回收或转移足以将辐射屏蔽层的温度保持在约200°C~约250°C的量的热能。根据本发明的特定的非限制性实施方案，从反应室回收热能可以通过使介质经由与辐射屏蔽层热通信的冷却管道循环而实现，如传热介质。传热介质可以是液体，并且可以基本上由水组成。促使从反应室转移至少一部分回收或转移的热能可以包括促使传热介质中的相变。例如，本发明的一些特别有利的实施方案可以涉及在闪蒸器或闪蒸槽124中将至少一部分传热介质(例如，水)蒸发成闪发蒸汽，并且用闪发蒸汽至少部分地加热处理流体。该处理流体可以是设施的蒸馏操作150的底部流体。因此，本发明的一些实施方案可以涉及将由半导体制作操作产生的热能转移到同一个设施的另一个单元操作中。然而，回收产生的能量可以涉及除了减少制作设施的热负荷之外的其他技术。例如，从反应室回收热能可以涉及利用至少一部分热能以至少部分地降低一个或多个辅助单元的加热需求。这些辅助单元可以是在相同或邻近建筑、设施或结构中的加热器或其他热水应用。例如，本发明的系统和技术可以涉及通过热交换器138将至少一个热负荷152热连接到反应室。热负荷152可以是例如在工业、商业或居民建筑中的热水加热器。
在本发明的有利地利用相变以促进传热的构造中，从反应室转移至少一部分热能可以包括在闪蒸槽124中将至少一部分冷却剂蒸发、将至少一部分蒸发的冷却剂转移到热交换器123中以及在热交换器123中将至少一部分蒸发的冷却剂冷凝，该热交换器例如可以是半导体制作设施的再沸器。
因此，本发明的非限制性实施方案可以涉及这样的构造，其包括从沉积系统到热交换器的传热并且提供至少一部分热负荷、利用冷却流体的相变从沉积系统的传热并且进一步传热到热交换器以接收潜热、以及利用具有与热负荷热通信的第二循环传热介质的中间热交换器的传热。
辐射屏蔽层的温度可以通过例如调节冷却流体的流量、调节冷却流体的温度或这二者而被调整到目标温度或者目标或期望的温度范围。例如，被引入管道118的冷却流体的流量可以通过致动一个或多个流动控制装置来增大或减小，如阀155、157和159中的任一个，从而可以降低或提高冷却流体出口122的温度。例如，通过增大或减小在冷却器140处的传热速率和通过调节闪蒸槽124、热交换器123和热交换器138中的任一个或多个的一个或多个操作条件可以实现调节冷却流体的温度。可以使用一个或多个控制器160来产生一个或多个控制信号161，控制信号致动任一个流动控制装置，调节通过冷却器140的传热速率或者闪蒸槽124、热交换器123和热交换器138中任一个的任何操作参数。
本发明的其他方面可以涉及一种促进制作半导体材料的方法。所述促进半导体材料制作的方法可以包括提供包括至少一个反应室的化学气相沉积系统。至少一个反应室中的每一个通常具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩。所述钟罩通常包括辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层具有配置在所述钟罩的内表面上的诸如镍层等中间层和配置在所述中间层上的反射层。所述反射层优选具有小于约5%、更优选小于约1%的发射率。在更优选的构造中，所述促进半导体材料制作的方法可以涉及将与所述辐射屏蔽层热通信的冷却管道流体连接到一个或多个热交换器的第一热侧面。在本发明的其他实施方案中，所述促进半导体制作的方法可以涉及将所述热交换器的第二热侧面流体连接到半导体制作设施的至少一个单元操作。在预安装有热交换器的现有设施或现有单元操作中，本发明的相关方面因而可以涉及将一个或多个现有热交换器改造成经由冷却管道与辐射屏蔽层热通信。
在本发明的一些构造中，将冷却管道流体连接到热交换器可以包括将热交换器的第一热侧面连接到至少一个闪蒸槽，并且在某些情况下，将至少一个闪蒸槽连接到冷却管道。根据本发明的其他构造，促进制作的方法还可以包括将冷却系统连接到冷却管道和闪蒸槽。
实施例
本发明的这些和其他实施方案的功能和优点可以从下面的实施例中进一步理解，实施例示出了本发明的一个或多个系统和技术的益处和/或优点，但不是举例说明本发明的全部范围。
尽管在下面的实施例中水可以用作传热介质，但是根据本发明的一个或多个方面，可以使用能够促进从作为热源的至少一个反应室的传热并且进一步被蒸发以实现将潜热传递到一个或多个热接收装置或热负荷的任何合适的流体。例如，丙烷可以用在加热-蒸发-冷却/冷凝循环中，以促进产生的热的回收和传递，从而为一个或多个热负荷提供至少一部分的额定热负荷。
实施例1
本实施例描述了本发明的一个实施方案。
不锈钢钟罩被制作成具有根据本发明的辐射屏蔽层。通过常规技术将含有镍的第一层直接涂布在钟罩的不锈钢表面上至厚度小于约30μm。通过常规技术将含有金的第二层直接涂布在第一镍层上至厚度小于约5μm。
图3示出了具有根据本发明一些方面的辐射屏蔽层的钟罩的一部分的截面。不锈钢钟罩的表面标记为“钢”。第一镍层标记为“Ni冲击”层，涂布在第一镍层上的第二金层标记为“Au涂层”。图4示出了具有根据本发明一些方面的辐射屏蔽层的钟罩。
据认为，镍层的作用是促进金材料与不锈钢表面的粘合，并且在高达300°C的温度下使用时作为不锈钢表面和金层之间的阻挡层。
实施例2
本实施例对比了使用具有镍层和金层的辐射屏蔽层与仅由金层构成的辐射屏蔽层的系统的性能和观测。
若干个不锈钢样品被制备成具有根据本发明并且主要是根据上述实施例1的其上涂布镍/金(Ni-Au涂层)的辐射屏蔽层。不锈钢样品也被制备成具有仅由金层(Au涂层)构成的辐射屏蔽层。
将若干个样品暴露于不同温度下的氢气和氮气的混合物约4小时。在不同温度下暴露后，对每个样品的表面的反射率进行评价。
如图5所示，当在约200°C或更低的温度下使用时，Au涂层的反射率稳定，没有表现出反射率的降低。然而，在大于约200°C的使用温度下，仅具有金层的辐射屏蔽层的反射率降低。相比而言，根据本发明的具有镍层和金层的辐射屏蔽层在小于或约为300°C的使用温度下没有表现出反射率的降低。
因此，本实施例支持了能够在约200°C~约300°C的表面温度下使用的辐射屏蔽层的用途。
实施例3
本实施例预先描述了本发明的与从反应室回收热相关的一个实施方案，包括产生蒸汽，然后蒸汽能够用于将潜热传递到热负荷，同时伴随有冷凝物的产生。
关于图6中示例性示出的系统，在约100m3/hr下流动的水可以被在化学气相沉积系统604A、604B和604C的反应室中产生的热加热到约156.2°C的温度。经加热的水能够在一个或多个闪蒸槽624中闪蒸而产生压力为约2.8bar(表压)的蒸汽。在这样的压力下，预计饱和蒸汽温度为约142°C。然后，来自闪蒸槽624的压力为约2.1bar(表压)的饱和蒸汽可以冷凝并且至少部分地加热在例如一个或多个热交换器623中的处理流体，从而至少部分地提供一部分的热负荷。通过使用阀610可以控制闪蒸压力。然后，来自热交换器623的冷凝物可以通过一个或多个冷凝泵622而返回到闪蒸槽624。包含冷凝物的传热介质可以通过一个或多个循环泵620从槽624循环并在反应室中再加热。
冷却器可以用于冷却水，然后水被引入沉积系统以冷却反应室。
对于大约4,000MTA的多晶硅设施，从约70%在线运行的20个反应室输送的总能量预计为约21,637KW。
实施例4
本实施例预先描述了本发明的实施例3中呈现的实施方案的变形。该变形可以被构造成提供来自第一闪蒸槽624的第一压力的蒸汽以及通过使用第二蒸发器或第二闪蒸槽724提供低于第一压力的第二压力的蒸汽，如图7中示例性示出的。象在实施例3中呈现的构造那样，来自第一闪蒸槽624的蒸发的蒸汽可以用于补充第一加热操作623的至少一部分热负荷。来自第一加热操作623的冷凝物可以转移到第二闪蒸槽724。来自闪蒸槽624的饱和水可以转移到第二闪蒸槽724。在第二闪蒸槽724中，水可以蒸发成更低压力的蒸汽，其可以被用于提供第二加热操作725的至少一部分的热负荷。来自第二加热操作725的冷凝物可以通过冷凝泵622而返回到第二闪蒸槽724。传热介质可以循环而在多个沉积系统604的反应室中被再加热到约156.2°C的温度。第一阀610可以用于促进在第一闪蒸槽624中产生压力为约4.2bar(表压)和相关温度为约142°C的饱和蒸汽，这样可以向第一加热操作623提供压力为约3.5bar(表压)的可用的饱和蒸汽。第二阀612可以用于促进在第二闪蒸槽724中产生压力为约2.8bar(表压)和相关温度为约135°C的低压饱和蒸汽，这样可以向第二加热操作725提供压力为约2.1bar(表压)的可用的低压饱和蒸汽。
基于具有约70%在线运行的20个反应室的大约4,000MTA的多晶硅设施，可以被输送到第一加热操作的总热能预计为约4,191KW，可以被输送到第二加热操作的总热能预计为约17,447KW。
实施例5
本实施例描述了实施例4的进一步变形。在这个示例性示于图8中的预计构造中，第一闪蒸槽624可以通过相应地致动第一阀610而在压力为约3.5bar(表压)下操作，从而向第一加热操作623提供压力为约2.8bar(表压)和相关温度为约142°C的可用的饱和蒸汽。第二闪蒸槽724可以通过相应地致动第二阀612而操作，以向第二加热操作725提供压力为约2.1bar(表压)和相关温度为约135°C的饱和蒸汽。来自第一加热操作623的冷凝物可以通过第一冷凝泵622转移到第二闪蒸槽724。来自第二加热操作725的冷凝物可以通过第二冷凝泵821转移到第二闪蒸槽724。
在该预计的实施例中，基于具有约70%在线运行的20个反应室的大约4,000MTA的多晶硅设施，可以向至少一个第一加热操作提供的总热能预计为约12,513KW，输送到至少一个第二加热操作的总热能预计为约9,124KW。
实施例6
本实施例描述了实施例3的另一种变形。在这个示例性示于图9中的预计构造中，水可以通过循环泵620循环，并且在多个沉积系统604中被加热。经加热的水能够向第一热交换器938的第一热侧面提供热能，并且提高流经第一热交换器938的第二热侧面的热流体的温度。然后，一个或多个压缩机941可以用于提高来自热交换器938的热流体的压力，从而提高其温度。然后，经加热加压的热流体可以被闪蒸以产生能够用在第二热交换器939中的高压蒸汽，第二热交换器可以通过利用另一种循环传热流体向一个或多个加热操作823提供热量。可选择地，经加热加压的热流体可以直接被用于满足一个或多个加热操作823的至少一部分的热负荷。
任选地，诸如涡轮机942等膨胀机可以用于通过使热流体减压而提取轴功。轴功可以被输送到压缩机941并且补充参与提高压缩机941中的热流体压力的所需轴功的至少一部分。来自涡轮机942的热流体可以通过来自多个系统604的经加热的水在第一热交换器938的第二热侧面中被再加热。
尽管上面描述了本发明的一些示意性实施方案，但对于本领域技术人员应该显而易见的是，前述内容仅仅是说明性的，而不是限制性的，只是以举例的方式来呈现。许多修改和其他实施方案是在本领域技术人员范围内的，并预计落入本发明的范围内。特别地，尽管本文呈现的许多实施例涉及方法步骤或系统元件的特定组合，但应当理解的是，这些步骤和这些元件可以按其他方式组合，从而实现相同的目标。
本领域技术人员应当明白的是，本文描述的参数和构造是示例性的，实际参数和/或构造将取决于使用本发明的系统和技术的特定应用。本领域技术人员在使用不超过常规实验的情况下也应当认识或能够确定本发明具体实施方案的等同物。例如，任何控制器都可以用于实施本发明的一个或多个实施方案，例如但不限于可编程逻辑控制器(PLC)。也可以使用能够使系统的任意可操作任务自动化的其他装置。同样地，可以通过使用闪蒸槽上流的阀来促进使水蒸发以产生饱和蒸汽。因此，应该理解的是，本文描述的实施方案只是以举例的方式来呈现，并且在所附权利要求书及其等同物的范围内，可以按不同于具体描述的方式来实施本发明。
此外，还应当明白的是，本发明涉及本文描述的每个特征、系统、子系统或技术；本文描述的两个或更多个特征、系统、子系统或技术的任意组合；以及两个或更多个特征、系统、子系统和/或方法的任意组合，只要这些特征、系统、子系统和技术不会相互矛盾，这些被认为包含在权利要求书中所体现的本发明范围内。此外，仅仅结合一个实施方案所讨论的步骤、元件和特征不排除在其他实施方案中起到相似的作用。
如本文中所使用的，术语“多个”是指两个或更多个的项目或部件。术语“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”和“涉及”，不论是在说明书中还是在权利要求书等等中，均是开放式术语，即，意味着“包括但不限于”。因此，这些术语的使用意味着包括其后列出的项目及其等同物，还有额外的项目。在权利要求书中，只有过渡短语“由......构成”或“基本上由......组成”分别是封闭式或半封闭式的过渡短语。在权利要求书中修饰权利要求的要素的序数术语如“第一”、“第二”、“第三”等的使用本身并不意味着一个权利要求要素相对于另一个权利要求要素的任何优先级、先后次序或顺序或者执行方法步骤的时间顺序，而是仅仅用作标记将具有某一名称的一个权利要求要素与具有相同名称(但使用序数术语)的另一个要素相区分，从而区分各个权利要求要素。

Claims (25)

1.一种半导体材料制作设施的化学气相沉积系统，所述化学气相沉积系统包括：
反应室，所述反应室具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩，所述钟罩包括辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的金层构成，所述钟罩还包括冷却管道，所述冷却管道具有管道入口和管道出口，所述冷却管道与所述辐射屏蔽层热通信；以及
热交换器，所述热交换器在其第一热侧面与所述冷却管道流体连接并且进一步地在其第二热侧面与所述半导体材料制作设施的至少一个单元操作流体连接。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积系统，其中所述辐射屏蔽层具有小于约5%的发射率。
3.如权利要求1所述的化学气相沉积系统，其中所述热交换器通过冷却剂与所述辐射屏蔽层热连接，所述冷却剂基本上由水组成。
4.如权利要求1所述的化学气相沉积系统，还包括闪蒸槽，所述闪蒸槽具有入口和蒸汽出口，所述入口与所述冷却管道的管道出口流体连接，所述蒸汽出口与所述热交换器的交换器入口流体连接。
5.如权利要求4所述的化学气相沉积系统，其中所述热交换器具有交换器出口，所述交换器出口在所述闪蒸槽的上流流体连接。
6.如权利要求5所述的化学气相沉积系统，其中所述闪蒸槽具有冷凝物出口，所述冷凝物出口在所述冷却管道的管道入口上流流体连接。
7.如权利要求6所述的化学气相沉积系统，还包括冷却器，所述冷却器在所述热交换器的下流和在所述冷却管道的管道入口的上流流体连接。
8.如权利要求1所述的化学气相沉积系统，还包括至少一种多晶硅前体化合物的源，所述源可与所述反应室的反应物入口流体连接。
9.一种在半导体制作设施中促进制作半导体材料的方法，所述方法包括：
提供包括反应室的化学气相沉积系统，所述反应室具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩，所述钟罩包括辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的金层构成，所述钟罩还包括冷却管道，所述冷却管道具有管道入口和管道出口；以及
将所述冷却管道流体连接到热交换器的第一热侧面，将所述热交换器的第二热侧面流体连接到所述半导体制作设施的至少一个单元操作。
10.如权利要求9所述的方法，其中将所述冷却管道流体连接到所述热交换器包括将所述热交换器的第一热侧面连接到闪蒸槽并且将所述闪蒸槽连接到所述冷却管道。
11.如权利要求10所述的方法，还包括将冷却系统连接到所述冷却管道和所述闪蒸槽。
12.一种化学气相沉积系统，所述化学气相沉积系统包括反应室，所述反应室具有底板和可紧固到所述底板上的钟罩，所述钟罩包括辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的金层构成，所述钟罩还包括冷却管道，所述冷却管道具有管道入口和管道出口，所述冷却管道与所述辐射屏蔽层热通信。
13.一种在半导体制作设施的化学气相沉积设备中制作半导体材料的方法，所述化学气相沉积设备具有反应室，所述反应室至少部分地由钟罩限定，所述钟罩在其上具有辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的金层构成，所述制作半导体材料的方法包括：
将前体反应物引入所述反应室中；
将所述反应室中的细丝加热到足以促使所述前体反应物的至少一部分转化成半导体材料的温度；以及
将至少一部分热能从所述反应室转移到所述半导体制作设施的处理流体。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述半导体材料是多晶硅。
15.如权利要求13所述的方法，还包括从所述反应室回收热能。
16.如权利要求15所述的方法，其中从所述反应室回收热能包括促使向冷却剂的传热，以将所述辐射屏蔽层的温度保持在约200°C~约300°C。
17.如权利要求16所述的方法，其中从所述反应室回收热能包括促使向所述冷却剂足量的传热，以将所述辐射屏蔽层的温度保持在约200°C~约250°C。
18.如权利要求15所述的方法，其中从所述反应室回收热能包括使水经由与所述辐射屏蔽层热通信的冷却管道循环，并且其中从所述反应室转移至少一部分回收的热能包括在闪蒸器中将至少一部分水蒸发成闪发蒸汽，并且用所述闪发蒸汽加热所述处理流体。
19.如权利要求13所述的方法，其中从所述反应室转移至少一部分热能包括将至少一部分冷却剂蒸发、将至少一部分蒸发的冷却剂转移到热交换器中以及在所述热交换器中将至少一部分蒸发的冷却剂冷凝。
20.如权利要求13所述的方法，其中转移至少一部分回收的热能包括在所述半导体制作设施的再沸器中加热所述处理流体。
21.一种在化学气相沉积设备的反应室中生产多晶硅的方法，所述方法包括在小于50KW·hr/Kg生产的多晶硅的净反应室能耗速率下促使硅前体反应物转化成多晶硅，其中所述反应室至少部分地由钟罩限定，所述钟罩在其上具有辐射屏蔽层，所述辐射屏蔽层由配置在所述钟罩的内表面上的镍层和配置在所述镍层上的发射率低小于5%的金层构成。
22.如权利要求21所述的方法，还包括将热能从所述反应室转移到多晶硅设施的热交换器。
23.如权利要求22所述的方法，还包括调节冷却剂的至少一个操作条件，所述冷却剂配置成从所述反应室接收至少一部分热能。
24.如权利要求23所述的方法，其中调节冷却剂的至少一个操作条件包括调节流经冷却管道的冷却剂的流量，所述冷却管道在所述反应室和所述热交换器之间提供热通信。
25.如权利要求23所述的方法，其中调节冷却剂的至少一个操作条件包括在多晶硅的生产过程中将所述金层保持在约200°C~约300°C的最大温度下。
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