CN101244359A - 硅烷废气的处理装置 - Google Patents

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李沅民
马昕
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Abstract

本发明公开了一个新颖的处理硅烷废气的设备及方法，适用于大规模半导体器件生产过程。该处理系统包含一个高温不锈钢管，里面装满碎石或大的卵石。硅烷废气从薄膜加工设备中排出后被导入该高温钢管，在其中，硅烷被热分解，分解物沉积在碎石上。碎石需定期更换。本发明的显著特点是，在不可比拟的低成本下就能高效可靠地处理真空镀膜系统中生成的废气。

Description

硅烷废气的处理装置
技术领域
本发明描述半导体生产过程中废气的处理设备，特别涉及一种处理在制造基于硅的电子和光电器件过程中产生的硅烷(SiH4)废气的处理设备和方法。
背景技术
真空加工设备广泛用于大规模制造基于硅的半导体器件过程，如集成电路和太阳能电池，包括基于硅薄膜的大面积光伏电池组件等。CVD(化学气相沉积)和化学气相蚀刻是当前制作所指产品比较流行的技术手段。例如，集成电路中的多晶硅或二氧化硅层可通过SiH4气体或其它相似气体经CVD沉淀。在另外一个例子中，硅烷被用于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)过程来生产基于氢化非晶硅和纳米晶硅的薄膜太阳能电池。在CVD过程之后，多余的气体滞留在CVD系统，最后排气系统将未反应的气体排放到大气当中。然而，由于硅烷能在空气中自动燃烧，所以出于安全和对环境保护的目的，不能把它直接排放到大气中。一般而言，真空加工设备中含硅烷的废气必须经废气洗涤器处理，以免把有害的污染物质排放到环境中。因此，在废气排放设备中，废气洗涤器是不可或缺的。
在废气排放过程中，硅烷和相似气体必须被过滤掉或使其转化成安全的合成物。一个把硅烷转化成无害合成物的传统方法是将它在一个所谓的“燃烧箱”中加以燃烧，其中的燃料一般是天然气，这时SiH4经过反应转化成SiO2，其化学反应为：2SiH4+2O2→2SiO2+4H2。然而，如果系统突然发生故障，燃烧箱就有成为火源的危险。例如，如果废气处理系统出故障，SiH4残留就会在燃烧箱中聚集，很有可能导致不可控制的燃烧。另外一个重要问题是，由于硅的氧化物粉尘沉积，燃烧箱很容易被阻塞，因此频繁的清理和维护是非常必要的，但这会耽搁设备的正常运行。及时处理燃烧箱和管道中游离的二氧化硅粉尘(一种黄色粉末)在操作上有很大难度，而且会造成环境污染。美国专利号6174349、6126906和5183646中描述了关于燃烧箱的废气处理程序和设备。
湿的洗涤器和其它处理设备也已经被应用。美国专利号6174349揭露了一种结合燃烧箱的潮湿洗涤器。美国专利号5955037揭露了一种氧化的处理方法。美国专利号5320817中使用一种可生成氢铝化合物的金属盐来清除硅烷。美国专利号6949234描述了一种基于水的湿洗涤器，但这种洗涤器比较贵重，很难应用于大规模硅烷废气处理。其它类型的湿洗涤器是基于湿的(液态或喷射液)化学反应，让硅烷和像NaHO这样的雾状氧化物反应。这种方法效率较高，处理量大，但过程和设备异常复杂，容易出故障，产生的废液还须被再次处理，不利于保护环境。
另外一种硅烷处理方法是干化学反应处理法，在高温条件下使用接触反应和燃烧相结合的方法。这种设备价格昂贵，需要很高的电力，消耗品成本也非常高(盛有反应剂的反应盒需要频繁的替换)。此外，像“气体反应柱”之类的反应器，不适用于处理大规模生产设备的高流量废气，如流速超过每分钟一标准升(SLPM)的高速硅烷气流。
另外一个处理硅烷的技术是通过所谓的“干处理器”将低压的高密度等离子体施加在含有硅烷的废气混合物之中。硅烷被分解沉积在表面积很大的多层电极上，电极被定期地清理和更换。这种方法并不是很可靠，由于气体管道压力的不断变化和混合废气的合成物的存在(成分变化无常)，经常导致等离子体的消失，使废气逃逸。此外，95％-99％的废气处理效率并不能达到政府机构制定的安全环保要求。
总之，现有的硅烷处理方法都受到诸多因素的制约，如设备花费和操作费用高，维修和保养要求高，产生液体或固体污染物，存在操作危险，或者占据空间较大，处理效率不稳定等。同时，它们需要像水、电、压缩空气等基础设施的支持。这类处理设备的效能有时欠佳甚至非常差。此外，传统的废物处理系统的性能很大程度上取决于混合废物中气体的类型。每一种废气都需要一种特定的“反应盒”或者化学“配方”来很好的中和。没有哪种处理方法能够用化学气相沉积反应堆一次性处理掉所有的废气。传统的硅烷废气处理设备特别不适用于低成本和大批量的生产基于硅的器件，包括大面积的基于硅薄膜材料的光电器件。
发明内容
基于上述考虑，申请人拟订了本发明的首要目的：为基于硅的各种功能器件生产过程中的硅烷处理提供一个高效、高产的设备。
本发明进一步目的是，为处理硅烷提供既简单又安全可靠的设备和方法。
本发明的第三个目的是，提供一个设备成本低，操作费用低，且便于操作的硅烷处理系统。
为了达到上述发明目的，本发明提供了一个处理半导体生产过程中硅烷废气的设备和方法，该方法依赖于热CVD(thermal  CVD)原理。在高温钢管中装满比如是碎石块或鹅卵石(紧凑但有相当大的缝隙)的“反应剂”，从而形成一个可让气体流经的多孔介质。这种介质的孔隙取决于碎石块(或鹅卵石)的大小。在钢管外部用加热器加热该钢管及其内部的反应剂，使其温度达到500-550℃。钢管的一端连接废气入口，另一端连接净气出口。当像硅烷这样的废气进入钢管时，被热激活从而沉积在反应剂(碎石块)表面，形成一层固体薄膜。气体副产物，如氢气，由净气出口排出。由于钢管较长(大于0.5米)，里面装满了表面积极丰富的反应剂，并且整个钢管温度很高，活跃气体分子不可能从废气处理系统中逃逸。此外，该系统非常安全，因为即使出现断电(用电加热器)的情况，钢管的高温还会持续至少10-20分钟，其间可关掉废气入口。反应一段时间后，只需把气体反应剂(碎石块)替换成新料，“废”的反应剂是无毒的，可以像常规固体废物一样处理，因为固体硅薄膜及硅的氧化物残渣都是无害物质。
本发明废气处理系统安全简便，易于操作，由于设备不含移动部件，无需大型基础设施的支持，不用昂贵的消耗品。同时，该系统不影响环境，处理容量大(取决于系统的大小)，最重要的是，它比今天市场上的硅烷废气处理系统废气处理效率相当或效率更高。
大部分应用于化学气相沉积过程的反应气体的分子都会在高温条件下分解，并在反应剂的内部通道上沉积。事实上，由于高温空气的存在，大部分挥发性气体都会和空气反应在反应剂的表面形成固体的沉积。该装置不需要任何辅助设备。这种高温炉处理器功能多，紧凑，效率高，成本低，保养容易。由于体积紧凑，设计简单，操作安全，它很容易和任何化学气相沉积系统相结合。通过单个或多个气相沉积系统或反应堆，它可以处理大流量(高流速)的废气。设备的停机时间也就大大减少了。
此过程中不会产生其它的固体或者液体废物，所以在处理灰尘时不用特别谨慎。
混合废气中的少量的掺杂物，如磷烷(PH3)和硼烷(B2H6)在这个过程中也被处理掉了。
这种系统非常可靠，因为它不依靠像水、电、天然气等辅助设施，所以不会因为这些设施的故障而停机。
和当今市场上其它的硅烷处理系统相比，维持和操纵这种系统的成本至少降低了一个数量级。为硅烷处理系统提供价格便宜的气体反应剂，确实有助于大规模生产低成本，大面积的薄膜硅光伏模块。由于本发明的废气处理系统价格低廉，模块化的此类废气处理系统可为各种各样的真空镀膜加工过程提供硅烷废气的处理。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图显示了本发明的废气处理系统。
具体实施方式
如附图所示，本发明提供的废气处理系统实际上是一个最简单的大容量热CVD系统，由下列主要部分组成：一个密封的金属炉壁60，最好是管状，由不锈钢或其它坚固的耐热金属或合金制成；一个内部钢管68，该钢管须耐高温，化学稳定性强，其长度不小于0.5米，直径不小于10厘米，置于炉壁内部正中央；气体反应剂66，其多孔结构允许气体通过。同时，该反应剂须在700℃高温下保持稳定，该反应剂紧凑地排列于所述内部钢管中；加热元件64，可由电加热器或矿物燃料器件构成，能够使气体反应剂的温度保持在500℃以上，该加热元件包裹在内部钢管周围；绝热材料65，置于炉壁和加热元件之间；一个废气进口17，安装于炉壁60之上，直接与内部钢管68的一头相连；一个净气出口57，安装于炉壁60之上，与内部钢管68的另一头相连。该系统还提供了更换内部钢管中气体反应剂的方法。
在废气处理系统的操作过程中，加热元件64能够让内部钢管的温度保持在550℃左右。内部钢管上装有温度感应器，显示钢管温度。硅烷废气通过废气进口17流入炉壁60中。硅烷气体流经多孔的高温气体反应剂66中，被热激活。硅烷分子在反应剂的高温表面发生化学反应，生成氢硅基子SiHx(x＝3，2，1)，这些氢硅基子经反应生成氢气和硅，整体的反应方程式为(SiH4＝Si+2H2)。其中氢气被排出，硅沉积在反应剂的表面。大部分反应副生成物是氢气，它可以在净气出口57的旁边与氧气反应生成水蒸气直接排放到大气当中，或者经氮气稀释后直接排放。因为内部钢管很长，里面充满了表面积很大的反应剂66，硅烷分子会反复冲击反应剂的高温表面得以沉积。一段时间后，气体反应剂上会聚集大量的沉积的硅，从而影响其孔隙。为了避免气体通道的堵塞，反应剂需定期更换。出于性能和成本方面的考虑，气体反应剂最好是碎石块，适度大小的鹅卵石或者碎砖。碎石块的大小无需相同，只要能形成一个中间有适度孔隙的整体即可，这样做的目的是让气体流经一个迷宫状的网络。该系统不需要其它消耗物，唯一的支持物是热量(电或天然气这样的矿物质燃料)和可选择的氮气作为稀释气体。因为该系统的运作过程和热炉非常相近，使其持续可靠的运作非常简单。

Claims (7)

1. 一个废气处理系统，其特征在于：该废气处理系统的构成包括如下部分：
a)一个密封炉壁，该密封炉壁由不锈钢或另外一种坚固的耐高温金属制成；
b)一个内部管道，该管道由耐高温的钢或其它金属制成，其长度不小于0.5米，直径不小于10厘米，置于所述密封炉壁中；
c)大量气体反应剂，该反应剂中有充足的孔隙结构，能够使气体从其中通过，该反应剂能够在700℃高温下保持稳定，反应剂紧凑地排列在内部钢管中；
d)加热元件，包括电加热器和燃烧矿物燃料的器件，该加热元件能够为所述气体反应剂提供不低于500℃的温度，该加热元件包裹在所述内部钢管的周围；
e)隔热材料，置于所述密封炉壁和所述加热元件之间；
f)一个废气进口，置于所述密封炉壁之上，直接和所述内部钢管的一端相连；
g)一个净气出口，安装在所述密封炉壁之上，直接和所述内部钢管的另一端相连；
h)能够测量和积极控制所述内部钢管和所述气体反应剂温度的措施；
i)更换气体反应剂的措施。
2. 根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于：所述气体反应剂是大量的碎石块或鹅卵石，其平均体积在6-216立方厘米(cm3)之间。
3. 根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于：提供了将氮气、空气或其它气体注入所述内部钢管的措施。
4. 根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于：所述的废气处理系统被安置于一个由多个废气处理系统串联而成的多级废气处理系统中，上一级的排气出口和下一级的废气进口相联接，所指的多个系统可以同步运作。
5. 根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于：所述的废气处理系统被安置于一个由多个废气处理系统并联而成的废气处理系统，多个系统可以同步运作。
6. 根据权利要求1所述的废气处理系统，其特征在于：被处理的废气包括硅烷气体和/或其它含硅气体。
7. 根据权利要求6所述的废气处理系统，其特征在于：所指硅烷气体含有体积比不超过6％的磷化物或硼化物。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102853436A (zh) * 2012-08-29 2013-01-02 北京七星华创电子股份有限公司 尾气处理系统
CN103055658A (zh) * 2012-12-29 2013-04-24 中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司 一种光伏尾气处理系统
CN103090399A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 无锡华润华晶微电子有限公司 硅烷尾气处理装置以及方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103090399A (zh) * 2011-10-28 2013-05-08 无锡华润华晶微电子有限公司 硅烷尾气处理装置以及方法
CN103090399B (zh) * 2011-10-28 2015-05-13 无锡华润华晶微电子有限公司 硅烷尾气处理装置以及方法
CN102853436A (zh) * 2012-08-29 2013-01-02 北京七星华创电子股份有限公司 尾气处理系统
CN102853436B (zh) * 2012-08-29 2015-04-01 北京七星华创电子股份有限公司 尾气处理系统
CN103055658A (zh) * 2012-12-29 2013-04-24 中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司 一种光伏尾气处理系统
CN103055658B (zh) * 2012-12-29 2014-12-31 中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司 一种光伏尾气处理系统

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