CN103090399A

CN103090399A - 硅烷尾气处理装置以及方法

Info

Publication number: CN103090399A
Application number: CN2011103473287A
Authority: CN
Inventors: 吴啸; 冯金良; 梁浩; 范建超
Original assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN103090399B

Abstract

本发明涉及硅烷尾气处理装置及其处理方法。该硅烷尾气处理装置具备燃烧筒，所述燃烧筒具备：进气口，用于通入以硅烷气体为主要成分的硅烷尾气；第一反应气体通入口，用于通入第一反应气体；第二反应气体通入口，用于通入第二反应气体；排气口，用于排出所述硅烷气体与所述第一反应气体和第二反应气体反应之后的气体，其中，上述第一反应气体通入口和上述第二反应气体通入口分开设置，并且上述第一反应气体通入口设置在比上述第二反应气体通入口更靠近进气口的位置。另外，还设置有气体流速降低装置。利用本发明的硅烷尾气处理装置及其方法能够对硅烷尾气进行完全地处理，提高工艺的安全性。

Description

硅烷尾气处理装置以及方法

技术领域

本发明涉及CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺尾气的处理方法以及尾气处理装置，特别是涉及对硅烷尾气进行处理的方法以及装置。

背景技术

在双极集成电路和分立器件的制造过程中，需要用硅烷参与反应的CVD技术来生长二氧化硅、氮化硅、和多晶硅等掺杂或钝化薄膜。因此，在CVD工艺过程中的进气包括有机硅烷，因而尾气的组分中也包括未分解的有机硅烷。多数工厂使用的硅烷(SiH4)浓度有5％、20％、和100％等多种硅烷。硅烷是无色、有毒、易燃易爆气体，气化学性质活泼，极易被氧化，当硅烷浓度达3％时在空气中会发生燃烧。

一般，参与反应的硅烷气体约有20％～60％从反应装置的尾气排出。特别是当100％硅烷作业LPCVD和PECVD工艺时，为确保反应装置中炉口到炉尾生长圆片的膜厚均匀性，通常会加大100％SiH4的用量，故从真空泵组排出的尾气中，还含有未反应的硅烷比例会更高。如果尾气中排出的高浓度硅烷未经处理或者处理不彻底，而进入工厂排风管道中，将与空气反应，剧烈燃烧，甚至爆炸。

以下，说明现有技术中对CVD尾气进行处理的方法。

在CVD反应装置排气口后面节一根不锈钢金属管道，例如长约2米，直径约250毫米，在金属管道入口处通入压缩空气和氮气的混合气体，金属管道出口处接入工厂的排风管路。该尾气处理装置的目的是确保残余的硅烷在此金属管道内燃烧，但有时候由于残留硅烷浓度过高，总量过大时，会发生剧烈燃烧，甚至爆炸，非常危险。

由此可见，现有技术中对CVD尾气进行处理的方法存在以下缺点：(1)对CVD装置尾气排气硅烷浓度较低、总量较小时，具有一定的效果，但是当CVD装置尾气排气硅烷浓度高、尾气总量大(特别是低压、等离子CVD采用100％硅烷反应的装置)，仍旧存在爆炸的隐患；

(2)CVD工艺的尾气中含有大量粘附性粉尘颗粒，积累到一定的量会堵塞排气口，造成更危险的爆炸；

(3)该尾气处理装置的燃烧筒由于体积较大，通常装载设备上方，若是2米长、壁厚5毫米的不锈钢管总量将会达到50公斤左右，这样拆卸安装都很不方便；

(4)燃烧筒没有控制器，故氮气和压缩空气24小时常通，存在消耗大，成本高的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一旨在，提供一种能够确保硅烷在燃烧前被稀释并且稀释后的硅烷在燃烧筒内能充分燃烧的硅烷尾气处理装置及硅烷尾气处理方法。

本发明的目的之二旨在，提供一种能够确保燃烧产生的粉尘不堵塞排气口、提高整个装置安全性的硅烷尾气处理装置及硅烷尾气处理方法。

本发明的目的之三旨在，旨在提供一种有效节省反应气体量、降低生产成本的硅烷尾气处理装置及硅烷尾气处理方法。

本发明的硅烷尾气处理装置具备燃烧筒，其特征在于，所述燃烧筒具备：进气口，用于通入以硅烷气体为主要成分的硅烷尾气；第一反应气体通入口，用于通入第一反应气体；第二反应气体通入口，用于通入第二反应气体；排气口，用于排出所述硅烷气体与所述第一反应气体和第二反应气体反应之后的气体，其中，上述第一反应气体通入口和上述第二反应气体通入口分开设置，并且上述第一反应气体通入口设置在比上述第二反应气体通入口更靠近进气口的位置。

优选地，所述燃烧筒中还具备气体流速降低装置，所述气体流速降低装置用于降低燃烧筒中气体的流速以增加气体在燃烧筒内的行程。

优选地，上述气体流速降低装置是设置成为迷宫型的挡板。

优选地，上述第一反应气体通入口是用于通入氮气的通入口，上述第一反应气体通入口是用于通入压缩空气的通入口。

优选地，所述挡板为直线型的挡板。

优选地，所述挡板为曲线型的挡板。

优选地，所述挡板间的截面积是所述进气口的截面积的3倍以上。

优选地，所述挡板的弯曲拐角角度在90度以上。

优选地，在所述燃烧筒的剖视上来看所述排气口的位置高于所述进气口。

优选地，所述燃烧筒由能耐受300度以上的温度材料构成。

优选地，所述燃烧筒由不锈钢构成。

优选地，所述燃烧筒还具备确保燃烧筒内燃烧气体与外界隔离的密封圈和螺栓。

优选地，所述硅烷尾气处理装置还具备控制装置，所述控制装置包括：浮子流量计，用于测定气体流量；对射式光电传感器，在所述浮子流量计测定到气体流量异常时被触发；以及PLC控制器，用于在所述对射式光电传感器被触发时产生输出信号以使所述硅烷尾气处理装置停止工作。

优选地，所述控制装置还具备报警装置，

所述报警装置在所述PLC控制器使硅烷尾气处理装置停止工作的同时发出报警通知。

利用本发明的硅烷尾气处理装置，通过分隔地通入氮气和压缩空气，遵循先稀释再燃烧，能够避免因高浓度大流量硅烷排放时发生过爆鸣的危险。而且，通过设置气体流速降低装置，能够增加气体流程，使得硅烷成分充分地得到燃烧，能够有效地清除CVD装置尾气中的硅烷成分。同时由于硅烷尾气通过气体流速降低装置流速被大大降低，尾气中粉尘颗粒大多数沉降在燃烧筒中间三分之一区域，这种情况下，由于燃烧筒的排气口的位置设置得较高，就不会有粉尘堵塞排气口造成爆炸的危险。

进一步，通过进一步设置控制装置，能够在CVD装置工艺进行时才打开硅烷尾气处理装置，而且能够根据需要来调节氮气和压缩空气的流量，因此，能够降低氮气和压缩空气的成本。另外，在氮气或压缩空气流量发生异常的情况下能够停止硅烷尾气处理装置并且进行报警通知，由此，能够更进一步提高操作的安全性和便捷性。

本发明的硅烷尾气处理方法，是利用上述硅烷尾气处理装置进行处理硅烷尾气的方法，包括下述步骤：向燃烧筒通入以硅烷为主要成分的尾气的进气步骤；向燃烧筒内通入压缩空气以稀释所述尾气的稀释步骤；向燃烧筒内通入氮气以使得与利用所述稀释步骤稀释后的硅烷充分燃烧的燃烧步骤；利用所述气体流速降低装置使得燃烧步骤燃烧后得到的物质降的沉降步骤；以及将经过上述各步骤得到的气体排出的排气步骤。

优选地，在所述稀释步骤中，通入的氮气是硅烷尾气流量的20倍以上。

优选地，在所述燃烧步骤中，通入的压缩空气是硅烷尾气流量的20倍以上。

利用本发明的硅烷尾气处理方法，遵循先稀释再燃烧，能够避免因高浓度大流量硅烷排放时发生过爆鸣的危险。通过将硅烷尾气稀释到浓度在5％以下，能够避免硅烷浓度过高、总量过大时发生剧烈燃烧甚至保证的危险。通过通入充足的压缩空气，使得稀释后的硅烷尾气得到充分地燃烧，能够完全地去除CVD装置尾气中含有的硅烷成分。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的硅烷尾气处理装置的示意性的俯视图。

图2是本发明第一实施方式的硅烷尾气处理装置的示意性的剖视图。

图3是本发明第二实施方式的硅烷尾气处理装置具有的控制装置的概要示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2所示，本发明第一实施方式的硅烷尾气处理装置主要包括燃烧筒100，所述燃烧100筒具备进气口101、第一反应气体通入口102、第二反应气体通入口103、以及排气口104。

在以硅烷为主要反应气体的CVD装置的尾气排气上接入本发明第一实施方式的硅烷尾气处理装置的进气口101，这样硅烷尾气从进气口101进入到燃烧筒100。

如图1所示，第一反应气体通入口102设置在比第二反应气体通入口103更靠近进气101口的位置。从第一反应气体通入口102向燃烧筒100通入足量的氮气，从第二反应气体通入口103向燃烧筒100通入足量的压缩空气。这样，硅烷尾气首先被通入的足量的氮气稀释，此后，被稀释的硅烷尾气与通入的压缩空气进行充分燃烧。如此，从CVD装置排出的高浓度硅烷成分能够在压缩空气中得到充分燃烧，其中，主要是硅烷和高压空气中的氧气发生反应，燃烧后产生的二氧化硅(粉末状)在燃烧筒100底部沉降，产生的水汽和不含硅烷的废气通过排气口104排入工厂排气管路，然后再经气体水洗净化处理后可排至大气。

如上所述，通过将氮气和压缩空气分别从第一反应气体通入口102和第二反应气体通入口103分隔地通入到燃烧筒100中，而且遵循先稀释后反应的原则，在高浓度、大流量硅烷尾气排放时，能够可靠地进行处理，不会产生爆鸣现象。

这里，关于压缩空气和氮气的流量，本发明申请的发明人通过精锐的研究得知，在硅烷浓度在5％以下时其能够得到充分燃烧，据此，从第一反应气体通入口102通入的氮气的流量最好是硅烷尾气流量的20倍以上，从第二反应气体通入口103通入的空气的流量最好是硅烷尾气流量的20倍以上。

另外，为了使得硅烷尾气与氮气、压缩空气充分反应，如图1、2所示还可以进一步在燃烧筒100内设置气体流速降低装置105。该气体流速降低装置105能够降低气体流速以增加各气体在燃烧筒内的气体行程，能够使得硅烷尾气得到充分燃烧。

作为气体流速降低装置105的实施方式，可以设置为图1中所示的迷宫式挡板。该迷宫式挡板的各个挡板可以是直线型的挡板，也可以是弯曲式的挡板。

在直线型的挡板的情况下，气体流动至挡板边缘处需要180度的拐弯，因此，能够有效降低气体的流速。另一方面，还可以通过增加挡板个数或者增加挡板的拐弯数目来增加气体流程。当然，挡板数目也不可以过多，若是直线型的挡板，则最好是挡板间的截面积是进气口101截面积的3倍以上。若是弯曲型的挡板，则最好拐弯的角度在90度以上。

如图2所示，从燃烧筒100的剖视面来看，排气口104的位置设定为高于进气口101。在迷宫型挡板的作用下，硅烷尾气流速倍大量降低，而且尾气中粉尘颗粒大多数沉降在燃烧筒中间三分之一区域，这样，即使有大量粉尘沉降在排气口104附近，但由于燃烧筒100的排气口104的位置设置得较高，因此，粉尘不会堵塞排气口104，因而消除了因粉尘堵塞排气口而导致爆炸的隐患。

关于其它设置，在进气口101的附近设置有用于对通过进气口101进入燃烧筒100的硅烷尾气的压力进行检测的入口压力检测器106。入口压力检测器106能够实时地对输入的硅烷尾气的压力进行检测。

另外，在上述燃烧筒100上还具备用于确保燃烧筒内燃烧的气体与外界有效隔离的密封圈201和螺栓202。利用密封圈201和螺栓202，能够更进一步提高燃烧筒100的安全性。

再者，关于燃烧筒100的材料，为了确保硅烷尾气在燃烧筒中内安全燃烧，燃烧筒100本身需要耐受高温，因此，最好采用能耐受例如300度以上高温的材料。考虑到制造成本和方便性，例如可以采用不锈钢来构成。

如上所述，利用本发发明的硅烷尾气处理装置，通过分隔地通入氮气和压缩空气，按照先稀释再燃烧的原则，能够避免因高浓度大流量硅烷排放时存在的爆鸣危险。而且，通过设置气体流速降低装置105，能够增加气体流程，使得硅烷成分充分地得到燃烧，能够有效地清除CVD装置尾气中的硅烷成分，同时硅烷尾气通过气体流速降低装置105流速被大大降低，尾气中粉尘颗粒大多数沉降在燃烧筒100中间三分之一区域，而且由于燃烧筒100的排气口104的位置设置得较高，就不会有粉尘堵塞排气口104造成爆炸的危险。

第二实施方式

本发明的第二实施方式是在上述第一实施方式的硅烷尾气处理装置的基础上进一步具备控制装置200，除此之外的设置与第一实施方式相同。

图3是本发明第二实施方式的硅烷尾气处理装置具有的控制装置200的概要示意图。如图3所示，控制装置200具备浮子流量计201、对射式光电传感器201以及PLC控制器203(未图示)。

PLC控制器203被输入控制装置运行信号、压缩空气流量输入信号、氮气流量输入信号、入口压力过压输入信号(由入口压力检测器106提供)，PLC控制器203在对射式光电传感器202被触发时产生输出信号以使硅烷尾气处理装置停止工作。

具体地，浮子流量计201用于对气体流量进行监测，对射式光电传感器202设置在浮子流量计201的两侧，当输入流量正常时，浮子流量计201中的浮子悬浮在光内设定流量附近，阻挡了对射式光电传感器202的光，此时，对射式光电传感器202无输出信号，则PLC控制器203正常工作。当气流流量异常时，浮子流量计201内浮子离开设定流量值附近，则触发对射式光电传感器202，PLC控制器会延迟一会再次监测对射式光电传感器202的信号，如仍有触发，即认为流量异常，PLC控制器203会立即有输出信号到硅烷尾气处理装置，通知硅烷尾气处理装置停止作业。

利用本实施方式的硅烷尾气处理装置，通过设置控制装置200，能够在CVD装置的实施工艺时才打开本发明的硅烷尾气处理装置，而且可以利用浮子流量计201监测气体流量，能够根据需要调节氮气和压缩空气的流量，由此，能够降低氮气和压缩空气的成本。

在此基础上，在上述控制装置200中还能够进一步设置报警装置204(未图示)。在所述PLC控制器203使得硅烷尾气处理装置停止工作的同时报警装置204通过声音等提示方式发出报警通知，以通知工作人员发生异常情况。由此，能够更进一步提高作业的安全性和可靠性。

以上例子主要说明了本发明的硅烷尾气处理装置及硅烷尾气处理方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下还可以构成许多有很大差别的实施例。应当理解，除了如所附的权利要求所限定的，本发明不限于在说明书中所述的具体实施例。

Claims

1.一种硅烷尾气处理装置，具备燃烧筒，其特征在于，

所述燃烧筒具备：

进气口，用于通入以硅烷气体为主要成分的硅烷尾气，

第一反应气体通入口，用于通入第一反应气体，

第二反应气体通入口，用于通入第二反应气体，

排气口，用于排出所述硅烷气体与所述第一反应气体和第二反应气体反应之后的气体，

其中，上述第一反应气体通入口和上述第二反应气体通入口分开设置，并且上述第一反应气体通入口设置在比上述第二反应气体通入口更靠近进气口的位置。

2.如权利要求1所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述燃烧筒中还具备气体流速降低装置，

所述气体流速降低装置用于降低燃烧筒中气体的流速以增加气体在燃烧筒内的行程。

3.如权利要求1所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

上述气体流速降低装置是设置成为迷宫型的挡板。

4.如权利要求1所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

上述第一反应气体通入口是用于通入氮气的通入口，上述第一反应气体通入口是用于通入压缩空气的通入口。

5.如权利要求3所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述挡板为直线型的挡板。

6.如权利要求3所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述挡板为曲线型的挡板。

7.如权利要求5所述硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述挡板间的截面积是所述进气口的截面积的3倍以上。

8.如权利要求6所述硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述挡板的弯曲拐角角度在90度以上。

9.如权利要求4所述硅烷尾气处理装置，其特征在于，

在所述燃烧筒的剖视上来看所述排气口的位置高于所述进气口。

10.如权利要求4所述硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述燃烧筒由能耐受300度以上温度的材料构成。

11.如权利要求10所述硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述燃烧筒由不锈钢构成。

12.如权利要求4所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述燃烧筒还具备确保燃烧筒内燃烧气体与外界隔离的密封圈和螺栓。

13.如权利要求1～12任意一项所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于，

所述硅烷尾气处理装置还具备控制装置，

所述控制装置包括：

浮子流量计，用于测定气体流量；

对射式光电传感器，在所述浮子流量计测定到气体流量异常时被触发；以及

PLC控制器，用于在所述对射式光电传感器被触发时产生输出信号以使所述硅烷尾气处理装置停止工作。

14.如权利要求11所述的硅烷尾气处理装置，其特征在于

所述控制装置还具备报警装置，

15.一种硅烷尾气处理方法，是利用权利要求1～12任意一项所述的硅烷尾气处理装置进行处理硅烷尾气的方法，包括下述步骤：

向燃烧筒通入以硅烷为主要成分的尾气的进气步骤；

向燃烧筒内通入压缩空气以稀释所述尾气的稀释步骤；

向燃烧筒内通入氮气以使得与利用所述稀释步骤稀释后的硅烷充分燃烧的燃烧步骤；

利用所述气体流速降低装置使得燃烧步骤燃烧后得到的物质降的沉降步骤；以及

将经过上述各步骤得到的气体排出的排气步骤。

16.如权利要求15上述的硅烷尾气处理方法，其特征在于，

在所述稀释步骤中，通入的氮气是硅烷尾气流量的20倍以上，在所述燃烧步骤中，通入的压缩空气是硅烷尾气流量的20倍以上。