CN103088429A - 一种磷扩散炉的三氯氧磷排除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，包括如下步骤：首先，磷扩散炉排出的三氯氧磷气体进入缓冲箱内与进入缓冲箱内的自然风混合冷却；其次，冷却后的三氯氧磷气体被抽入抽风管并在抽风管内被喷淋的氨水中和液化落入抽风管底部的密封水箱；最后，液化并中和的三氯氧磷液体从密封水箱排出进入废水处理系统进行处理。本发明利用自然空气和雾状稀释氨水迅速冷却扩散炉管中排除的尾气，防止熔化抽风管的特氟龙涂层，同时使三氯氧磷在抽风管内迅速液化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体分立器件和太阳能电池片的制造领域。
背景技术
磷扩散是半导体分立器件、集成电路芯片和太阳能电池片制作PN结所必须的一道工艺，目前这道工艺所采用的技术是热扩散技术。半导体分立器件主要用于制造二极管、三极管、功率器件、IGBT及晶闸管等，该系列产品在国内有上百亿的销售额，产能非常庞大。另一方面作为太阳能电池片的用途，硅片运用也非常广泛，全球70%以上的太阳能电池片是使用硅片作为电池片的。2011年已经实现25GW的产能，多晶用量达到18万吨是半导体用量的6倍，因此太阳能的产量比半导体产量更大。国内能够生产太阳能电池硅片厂家约120多家，而能够生产半导体分立器件扩散片的厂家也达到几十家。用于磷扩散的扩散炉每个厂家基本有几十台到上百台，市场需求量很大。
目前市场上技术成熟的磷扩散技术主要有三种：1、采用液态三氯氧磷源扩散；2、采用喷涂磷酸水溶液后链式扩散；3、采用磷源纸夹层后链式扩散。这三种磷扩散的方法以液态磷源扩散的方法具有生产效率较高，得到PN结均匀、平整和扩散层表面良好等优点，因此运用范围最广，生产厂家普遍采用该方法进行大批量生产。磷扩散方法的结构图如图1所示，
磷扩散的化学反应方程式如下：
生成的P2O5在扩散温度下与硅反应，生成二氧化硅（SiO2）和磷原子，其反应式如下：
2P2O5+5Si＝5SiO2+4P↓
为了三氯氧磷能够充分反应必须在石英管内通入氮气的同时充入一定比例的氧气，三氯氧磷才能与硅充分反应，在硅表面形成一层磷——硅玻璃，磷向硅内扩散。
携带有三氯氧磷的气体在通过高温的扩散炉管后并不能完全与硅反应，相当一部分未反应的三氯氧磷气体被排出炉管。而三氯氧磷具有以下的化学、物理性质：无色澄清液体。有刺激性气味。强烈发烟。有吸湿性。遇水和乙醇分解发热。相对密度(d25)1.645。熔点1.25℃。沸点105.8℃。中等毒，半数致死量(大鼠，经口)380mg/kg。有催泪性和腐蚀性。因此未反应的三氯氧磷不能任其扩散在空气中，需要将这些残留三氯氧磷抽走，否则对操作人员危害巨大。现有的扩散炉一般都在石英管出口处安装了抽风口将三氯氧磷抽离。这些抽风装置一般采用不锈钢或者铁皮制作，但是三氯氧磷的腐蚀作用非常强，一般半年到一年时间就会将这些抽风管腐蚀透，三氯氧磷就会泄露出来对操作员产生很大的危害。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，延长抽风管的使用寿命、减少三氯氧磷有害气体的空气中扩散量，防止对人身产生伤害。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于包括如下步骤：
首先，磷扩散炉排出的三氯氧磷气体进入缓冲箱内与进入缓冲箱内的自然风混合冷却，其中该缓冲箱包括方形的缓冲箱体，所述缓冲箱的内壁涂覆有特氟龙涂层，所述缓冲箱体后侧壁上设有炉管开口，磷扩散炉的炉管通过所述炉管开口伸入所述缓冲箱，所述缓冲箱体前侧敞口并设有密封门，所述密封门右侧与缓冲箱体铰接，所述密封门左侧与缓冲箱体之间设有锁闭结构，所述密封门上设有导流结构引导自然风进入缓冲箱，所述缓冲箱体右侧壁上设有抽风管开口，炉管口部上设有炉帽，所述炉帽包括底部封闭的圆筒形石英材质帽体，所述帽体底部设有一向外凸出的开口延嘴，所述帽体底部内壁焊接有一石英卡环，所述开口延嘴设置在卡环底面与帽体底壁之间，炉管口部顶接在卡环上，开口延嘴正对缓冲箱体右侧壁上的抽风管开口；
其次，冷却后的三氯氧磷气体被抽入抽风管并在抽风管内被喷淋的氨水中和液化落入抽风管底部的密封水箱，密封水箱内储存的冷却碳酸氢钠溶液中和液态的三氯氧磷，其中该抽风管为U形管，抽风管一端设置开口方向与抽风管左侧管道垂直的进风口，进风口通过缓冲箱的抽风管开口与缓冲箱连通，抽风管另一端设有高于进风口的出风口，该出风口开口向上并连接抽风机，抽风机抽风将缓冲箱内冷却后的三氯氧磷气体抽入抽风管进风口，抽风管的管道内壁设有特氟龙涂层，所述抽风管的左侧管道顶壁上设有氨水喷嘴进行氨水的雾状喷淋，所述抽风管底部开口并设有缩口结构；该密封水箱包括上方敞口的方形密封箱体，密封箱体上方敞口部位为向外侧张开的张口结构，所述缩口结构插入所述张口结构，缩口结构与张口结构密封并固定；
最后，液化并中和的三氯氧磷液体从密封水箱排出进入废水处理系统进行处理，其中，密封箱体底部侧面设有进水口，密封箱体正对进水口的侧面在进水口上方设有溢流排水口，所述密封水箱进水口通过管道与冷却罐连接，所述溢流排水口通过管道连接废水处理系统，所述冷却罐内盛装有碳酸氢钠冷却溶液，冷却罐内设有冷却盘管，所述冷却罐底部设有排放阀，冷却罐持续为密封水箱供应碳酸氢钠冷却溶液，多余的碳酸氢钠冷却溶液又从密封水箱的溢流排水口排入废水处理系统，利用持续流动的冷却碳酸氢钠溶液中和液态的三氯氧磷并排入废水处理系统。
作为优选，所述密封门上边沿、下边沿及右边沿设有密封条进行密封，所述导流结构为密封门左侧边沿的导流槽，所述锁闭结构包括导流槽中间安装的挂钩及缓冲箱体左侧边对应该挂钩设置的挂扣。
作为优选，所述缩口结构外壁上设有倒钩，所述张口结构内壁安装一圈密封圈，所述密封箱体上方敞口上边沿外侧安装有固定扣，所述固定扣与所述倒钩扣合，所述密封圈与所述缩口结构外壁形成密封。
作为优选，所述抽风管包括横截面为方形的管道本体，所述管道本体内设有一竖直的中间隔板将抽风管分隔成U形结构，所述中间隔板底端到达缩口结构处止。
作为优选，所述抽风管的缩口结构底端设有延伸板伸入密封水箱的液面以下。
作为优选，所述缩口结构外壁上喷涂有特氟龙涂层，所述抽风机为混流风机，所述密封水箱为不锈钢结构，密封水箱内壁设有特氟龙涂层。
作为优选，所述溢流排水口的高度低于U形抽风管的中间隔板底端，高于U形抽风管的延伸板底端。
作为优选，所述帽体底部外壁焊接有一石英把手，所述开口延嘴长度控制在3-5cm，开口延嘴内径控制在0.5-1cm，所述卡环厚度等于帽体底部壁厚。
本发明在抽风管的进风口端连接一缓冲箱，缓冲箱密封门上设有导流结构引导空气进入，同时，U形抽风管的左侧管道顶壁上设有喷淋氨水的氨水喷嘴，因而，可以利用自然空气和雾状稀释氨水迅速冷却扩散炉管中排除的尾气，防止熔化抽风管的特氟龙涂层，同时使三氯氧磷在抽风管内迅速液化。
而由于抽风管底部开口并连接一密封水箱，在抽风管内迅速液化的三氯氧磷液体落进了密封水箱，并在密封水箱内进行中和无害化处理，最后从密封水箱的溢流口排水口排出，进入废水处理系统。从而降低了抽风系统的腐蚀速度，避免了气化的三氯氧磷的泄露和中毒事故的发生，因而通过本发明的系统能够迅速对三氯氧磷进行中和无害化处理，不增加废水处理系统的运行负荷。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为现有技术中磷扩散方法的结构示意图；
图2为本发明总体结构示意图；
图3为炉帽结构示意图；
图4为炉帽底部示意图；
图5为缓冲箱结构示意图；
图6为密封水箱结构示意图；
图7为冷却罐结构示意图。
具体实施方式
下面结合磷扩散炉的三氯氧磷排除装置对本发明磷扩散炉的三氯氧磷排除方法做出具体说明。
如图2所示，为本发明磷扩散炉的三氯氧磷排除装置的总体结构，其包括缓冲箱2、抽风管3与密封水箱4，同时还包括了一图7所示的冷却罐5。
如图3和图4所示，为磷扩散炉炉管炉帽1，其包括底部封闭的圆筒形石英材质帽体10，所述帽体10底部设有一向外凸出的开口延嘴12，所述帽体底部内壁焊接有一石英卡环13，所述开口延嘴设置在卡环底面与帽体底壁之间。所述帽体底部外壁焊接有一石英把手11。所述开口延嘴12长度控制在3-5cm，开口延嘴内径控制在0.5-1cm。所述卡环13厚度等于帽体10底部壁厚。
炉帽1采用石英材质，热稳定性高，石英炉帽底部侧面的开口延嘴12用于释放磷扩散炉的炉管排出的三氯氧磷气体，帽体底部内壁焊接有一石英卡环13，卡环距底部刚好留有开口延嘴的宽度，炉管口部顶接在卡环上不至于堵住开口延嘴12，在炉帽1底部焊接石英把手11方便了操作。
如图5所示，为磷扩散炉抽风管缓冲箱2，其包括方形的缓冲箱体20，所述缓冲箱体20后侧壁上设有炉管开口，磷扩散炉的炉管通过所述炉管开口伸入所述缓冲箱2，炉帽1也位于缓冲箱2内并套在炉管口部上，所述缓冲箱体20前侧敞口并设有密封门21，所述密封门21右侧与缓冲箱体20铰接，所述密封门左侧与缓冲箱体之间设有锁闭结构，所述密封门上设有导流结构，所述缓冲箱体右侧壁上设有抽风管开口。抽风管3的进风口就通过抽风管开口伸进了缓冲箱。
所述密封门21上边沿、下边沿及右边沿设有密封条22进行密封。所述导流结构为密封门左侧边沿的导流槽24。所述锁闭结构包括导流槽中间安装的挂钩23及缓冲箱体左侧边对应该挂钩设置的挂扣，所述缓冲箱内壁涂覆有特氟龙涂层。
缓冲箱2材质使用312不锈钢材质，缓冲箱2的大小根据炉管和扩散炉大小进行变更，抽风管3与操作缓冲区衔接处开始抽风管3内部采用特氟龙涂层，特氟龙喷涂厚度为0.2-10mm，特氟龙涂层能够最高耐260℃的高温。密封门21的三面采用D型密封材料进行密封，密封门上的导流槽24处不加密封条22以利于空气进入。
如图2中所示的磷扩散炉抽风管3，该抽风管3为U形管，抽风管3一端设置开口方向与抽风管左侧管道垂直的进风口，抽风管另一端设有高于进风口的出风口，该出风口开口向上并连接抽风机，所述抽风机为混流风机。所述抽风管3的左侧管道顶壁上设有喷淋氨水的氨水喷嘴32，能够实现在抽风管内雾状喷淋。
所述抽风管3包括横截面为方形的管道本体30，所述管道本体内设有一竖直的中间隔板31将抽风管分隔成U形结构。所述抽风管底部开口并设有缩口结构33，所述中间隔板31底端到达缩口结构33处止，所述抽风管的缩口结构33底端设有延伸板34，所述缩口结构33外壁上设有倒钩。
U形抽风管3自与缓冲箱2结合部位开始，内部全部采用特氟龙进行喷涂，喷涂厚度为0.2-10mm，抽风管外部不进行特氟龙喷涂，抽风管底部开口收缩部分进行特氟龙喷涂，U形抽风管安装于扩散炉的侧面。
如图6所示的磷扩散炉抽风管密封水箱4，其包括上方敞口的方形密封箱体40，密封箱体上方敞口部位为向外侧张开的张口结构41，所述张口结构41内壁安装一圈密封圈44，上方敞口上边沿外侧安装有固定扣45，密封箱体底部侧面设有进水口42，密封箱体正对进水口的侧面在进水口上方设有溢流排水口43。所述密封水箱4为不锈钢结构，密封水箱内壁设有特氟龙涂层。所述特氟龙涂层的喷涂厚度为0.2-10mm。
其中，密封水箱4的密封箱体40上方的固定扣45与所述倒钩扣合，所述密封圈44与所述缩口结构33外壁形成密封。
所述抽风管3的缩口结构33底端的延伸板34伸入密封水箱4的液面以下，具体该延伸板34的长度为5cm左右。所述溢流排水口43的高度低于U形抽风管3的中间隔板31底端，高于U形抽风管3的延伸板34底端。
所述密封水箱4进水口通过管道与冷却罐5连接，所述溢流排水口43通过管道连接废水处理系统。
如图7所示的冷却罐5，包括罐体51，罐体51内盛装有碳酸氢钠冷却溶液53，冷却罐5内设有冷却盘管52，所述冷却罐底部设有排放阀54。该排放阀54用于排放碳酸氢钠冷却溶液53。密封水箱4的进水口42通过橡胶软管与冷却罐5连接。
本发明利用上述三氯氧磷排除装置的进行的磷扩散炉三氯氧磷排除方法，包括如下步骤：
首先，磷扩散炉排出的三氯氧磷气体进入缓冲箱内与进入缓冲箱内的自然风混合冷却；
其次，冷却后的三氯氧磷气体被抽入抽风管并在抽风管内被喷淋的氨水中和液化落入抽风管底部的密封水箱；
最后，液化并中和的三氯氧磷液体从密封水箱排出进入废水处理系统进行处理。
本发明利用缓冲箱采集的自然风进行迅速冷却扩散炉排除的含三氯氧磷的废气，同时利用导流密封门和带定向排气口得炉帽防止气态三氯氧磷泄露和定向抽走，利用氨水喷洒中和气态的三氯氧磷，利用流动的冷却碳酸氢钠溶液中和液态的三氯氧磷和无害化废水处理，利用特氟龙的耐高温和耐腐蚀性防止抽风管道的腐蚀，减少了三氯氧磷的泄露风险，降低操作员的伤害事故，大幅提升抽风管道的使用寿命，同时将三氯氧磷进行无害化处理，具有环保效果。
Claims (8)
1.一种磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于包括如下步骤：
首先，磷扩散炉排出的三氯氧磷气体进入缓冲箱内与进入缓冲箱内的自然风混合冷却，其中该缓冲箱包括方形的缓冲箱体，所述缓冲箱的内壁涂覆有特氟龙涂层，所述缓冲箱体后侧壁上设有炉管开口，磷扩散炉的炉管通过所述炉管开口伸入所述缓冲箱，所述缓冲箱体前侧敞口并设有密封门，所述密封门右侧与缓冲箱体铰接，所述密封门左侧与缓冲箱体之间设有锁闭结构，所述密封门上设有导流结构引导自然风进入缓冲箱，所述缓冲箱体右侧壁上设有抽风管开口，炉管口部上设有炉帽，所述炉帽包括底部封闭的圆筒形石英材质帽体，所述帽体底部设有一向外凸出的开口延嘴，所述帽体底部内壁焊接有一石英卡环，所述开口延嘴设置在卡环底面与帽体底壁之间，炉管口部顶接在卡环上，开口延嘴正对缓冲箱体右侧壁上的抽风管开口；
其次，冷却后的三氯氧磷气体被抽入抽风管并在抽风管内被喷淋的氨水中和液化落入抽风管底部的密封水箱，密封水箱内储存的冷却碳酸氢钠溶液中和液态的三氯氧磷，其中该抽风管为U形管，抽风管一端设置开口方向与抽风管左侧管道垂直的进风口，进风口通过缓冲箱的抽风管开口与缓冲箱连通，抽风管另一端设有高于进风口的出风口，该出风口开口向上并连接抽风机，抽风机抽风将缓冲箱内冷却后的三氯氧磷气体抽入抽风管进风口，抽风管的管道内壁设有特氟龙涂层，所述抽风管的左侧管道顶壁上设有氨水喷嘴进行氨水的雾状喷淋，所述抽风管底部开口并设有缩口结构；该密封水箱包括上方敞口的方形密封箱体，密封箱体上方敞口部位为向外侧张开的张口结构，所述缩口结构插入所述张口结构，缩口结构与张口结构密封并固定；
最后，液化并中和的三氯氧磷液体从密封水箱排出进入废水处理系统进行处理，其中，密封箱体底部侧面设有进水口，密封箱体正对进水口的侧面在进水口上方设有溢流排水口，所述密封水箱进水口通过管道与冷却罐连接，所述溢流排水口通过管道连接废水处理系统，所述冷却罐内盛装有碳酸氢钠冷却溶液，冷却罐内设有冷却盘管，所述冷却罐底部设有排放阀，冷却罐持续为密封水箱供应碳酸氢钠冷却溶液，多余的碳酸氢钠冷却溶液又从密封水箱的溢流排水口排入废水处理系统，利用持续流动的冷却碳酸氢钠溶液中和液态的三氯氧磷并排入废水处理系统。
2.根据权利要求1所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述密封门上边沿、下边沿及右边沿设有密封条进行密封，所述导流结构为密封门左侧边沿的导流槽，所述锁闭结构包括导流槽中间安装的挂钩及缓冲箱体左侧边对应该挂钩设置的挂扣。
3.根据权利要求2所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述缩口结构外壁上设有倒钩，所述张口结构内壁安装一圈密封圈，所述密封箱体上方敞口上边沿外侧安装有固定扣，所述固定扣与所述倒钩扣合，所述密封圈与所述缩口结构外壁形成密封。
4.根据权利要求3所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述抽风管包括横截面为方形的管道本体，所述管道本体内设有一竖直的中间隔板将抽风管分隔成U形结构，所述中间隔板底端到达缩口结构处止。
5.根据权利要求4所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述抽风管的缩口结构底端设有延伸板伸入密封水箱的液面以下。
6.根据权利要求5所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述缩口结构外壁上喷涂有特氟龙涂层，所述抽风机为混流风机，所述密封水箱为不锈钢结构，密封水箱内壁设有特氟龙涂层。
7.根据权利要求6所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述溢流排水口的高度低于U形抽风管的中间隔板底端，高于U形抽风管的延伸板底端。
8.根据权利要求7所述的磷扩散炉的三氯氧磷排除方法，其特征在于：所述帽体底部外壁焊接有一石英把手，所述开口延嘴长度控制在3-5cm，开口延嘴内径控制在0.5-1cm，所述卡环厚度等于帽体底部壁厚。
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