CN103157359B - Cvd工艺的尾气净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及CVD工艺的尾气净化装置。该CVD工艺的尾气净化装置具备：高温反应桶（100），通入尾气，使尾气与空气中的氧气发生氧化反应；冷却吸收塔（200），通入从高温反应桶排出的气体，用通入的冷却过滤液冷却通入的气体、过滤颗粒；净化吸附塔（300），利用通入的冷却过滤液和空心球对从冷却吸收塔（200）排出的气体进行净化、吸附颗粒；蓄液槽（400），积存提供给冷却吸收塔（200）和净化吸附塔（300）的冷却过滤液；以及泵（500），将所述蓄液槽（400）中的冷却过滤液抽至冷却吸收塔（200）和净化吸附塔（300）。利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置能够得到占用体积小、净化效率高、去除彻底的技术效果。

Description

CVD工艺的尾气净化装置

技术领域

本发明涉及CVD（Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积）工艺的尾气净化装置。

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。

如上所述，在半导体CVD工艺中需要使用硅烷、磷烷、硼烷、砷烷等气体。如果尾气泄露，或未经处理、处理不彻底就排放，会对作业人员和周围环境造成极大危害。

以下，说明现有技术中对CVD尾气进行处理的尾气净化装置。

以往，作为尾气净化是在CVD反应排气口后面节一根直径约300nm、高度800nm的工程塑料圆管，内有多组喷淋头，磁力泵将水槽内的水抽至喷淋管顶部，通过喷淋管靠近顶部的喷头形成水帘。尾气从喷淋管底部进入，经过水帘，从顶部排出，通过水喷淋冷却高温尾气，同时通过填充空心球来吸附尾气中的危险气体。

但是，在这样的CVD尾气净化装置中存在以下缺点：

（1）喷淋水洗式净化效率不高且针对不同气体净化效率也不同，不能同时有效去除尾气中的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷；

（2）为提高净化效率，装置体积庞大，占用净化产房空间；

（3）用填充空心球的方式吸附硅烷、硼烷、磷烷、砷烷，因此吸附总量有限，一旦吸附液，净化效率急剧下降。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的之一旨在于，能够提供一种占用体积小的CVD工艺的尾气净化装置。

本发明的目的之二旨在于，提供一种净化效率高、去除过滤彻底的CVD工艺的尾气净化装置。

本发明的CVD工艺的尾气净化装置，用于净化CVD工艺的尾气，其特征在于，具备：高温反应桶，通入尾气，使所述尾气与空气中的氧气发生氧化反应；冷却吸收塔，通入从所述高温反应桶排出的气体，用通入的冷却过滤液冷却通入的气体、过滤颗粒；净化吸附塔，利用用通入的冷却过滤液和空心球对从所述冷却吸收塔排出的气体进行净化、吸附颗粒；蓄液槽，积存提供给所述冷却吸收塔和净化吸附塔的冷却过滤液；以及泵，将所述蓄液槽中的冷却过滤液抽至所述冷却吸收塔和净化吸附塔。

优选地，所述空心球是多面体空心球。

优选地，所述冷却吸收塔具备多个喷洒冷却过滤液的喷嘴，所述喷嘴在高度方向上构成为多级冷却过滤液帘。

优选地，所述冷却过滤液为水或碱性液体。

优选地，在所述净化吸附塔中填充满所述多面体空心球。

优选地，所述高温反应桶的反应温度在800～1000摄氏度。

优选地，所述多面体空心球由多个半扇形叶片组成。

优选地，所述半扇形叶片相互间错开排列。

优选地，利用被所述冷却过滤液润湿的多面体空心球净化、吸附颗粒。

优选地，所述高温反应桶中设置多条加热丝。

优选地，所述尾气中含有硅烷、硼烷、磷烷、砷烷中的一种气体或多种气体。

利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置，CVD工艺产生的包含硅烷、硼烷、磷烷、砷烷的尾气经过高温反应桶，在高温反应桶中充分进行氧化反应，生成可溶解或沉淀粉尘，这样不会使冷却过滤液过于饱和。通过在高温反应桶设置多条高温电热丝，通过对高温电热丝的加热，将高温反应桶维持在高温，保证氧化反应的充分进行。

进一步，利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置，由于冷却吸收塔形成多级水帘，能够迅速有效地进行降温并且能够有效地过滤掉大部分粉尘颗粒。在空间上采用多级的水帘构造，能够利用较小的体积空间，实现对粉尘、颗粒的去除。

进一步，利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置，在净化吸附塔填充多面体空心球，尤其是填充由若干半扇形叶片组成的多面体空心球。这样，利用表面积大的多面空心体能够高效吸附硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及粉尘颗粒。

附图说明

图1是表示本发明的CVD工艺的尾气净化装置的构造示意图。

图2是表示本发明的CVD工艺的尾气净化装置的俯视示意图。

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。

图1是表示本发明的CVD工艺的尾气净化装置的构造示意图。图2是表示本发明的CVD工艺的尾气净化装置的俯视示意图。

如图1所示，本发明的CVD工艺的尾气净化装置主要包括：高温反应桶100、冷却吸收塔200、净化吸附塔300、蓄液槽400、泵500。

在CVD工艺中主要使用硅烷、硼烷、磷烷、砷烷等气体，其中，硅烷（SiH₄）、硼烷（B₂H₄）、磷烷（PH₃）、砷烷（AsH₃）为剧毒可燃气体。在空气中易燃烧，浓度高时会爆炸，因此，必须尽可能地去除、净化掉这些剧毒可燃气体及其与空气反应后产生的颗粒。

在本发明中，将CVD工艺排出的尾气经燃烧桶去除高浓度硅烷、硼烷、磷烷、砷烷后，将尾气（也包含空气）引入高温反应桶100。在高温反应桶100设置多条高温加热丝101，通过对高温加热丝101进行加热，使得高温反应桶100维持在高温环境（例如800～1000摄氏度）下。

在高温反应桶100中，在例如800～1000摄氏度下中，使得尾气与空气中的氧气发生氧化反如下的氧化反应：

SiH₄+2O₂→SiO₂+2H₂O

B₂H₆+3O₂→B₂O₃+3H₂O

2PH₃+4O₂→P₂O₅+3H₂O

2AsH₃+4O₂→As₂O₅+3H₂O

通过上述氧化物，生成SiO₂、B₂O₃、P₂O₅、As₂O₅等的副产物。这些副产物也必须进一步进行去除。因此，将通过从高温反应桶100排出的气体通入冷却吸收塔200。冷却吸收塔200将从高温反应桶100排出的气体用水或碱性溶液等冷却过滤液冷却通入的气体并且过滤颗粒。以下主要以将水作为冷却过滤液的情况进行说明。

具体地，在冷却吸收塔200中，可以如图1所示从下到上依次利用多个喷嘴形成为多级水帘，在图1中表示出形成为第一级水帘201、第二级水帘202、以及第三级水帘203的3级的情况，这里，3级仅仅是一个列举，也可以是为2级、4级、5级等，在本发明中，对该数量并不作限定。

含有上述副产物等粉尘颗粒的尾气从上到下依次经过第一级水帘201、第二级水帘202、第三级水帘203，这样能够有效地对尾气进行迅速降温冷却，同时过滤掉大部分的粉尘和颗粒。

这样，经过冷却吸收塔200的尾气中仅含有极其微量的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及少量粉尘颗粒。接着，将经过冷却吸收塔200的尾气送至净化吸附塔300，以进一步去除极其微量的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及少量粉尘颗粒。

净化吸附塔300中填满多面体空心球，对这些多面体空心球喷洒水，将多面体空心球润湿。尾气从这些多面体空心球内通过，经过充分气液交换，彻底吸附尾气中残留的微量的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及粉尘颗粒。

为了提高多面体空心球的吸附能力，本发明的发明人经过了精锐的研究提出一种新型结构的多面体空心球。该多面体空心球由若干个半扇形叶片组成，上下叶片相互错开排列。这样与一般的球形吸附体相比，表面积大、气液交换率高、气速高、阻力小，排风压力损失小，因此能够高效地吸附尾气中残留的微量的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及粉尘颗粒。

在上述整个净化过程中，由泵500将蓄液槽400积蓄的水或者碱性液体持续不断地抽至冷却吸收塔200、净化吸附塔300。这里，通常泵500采用磁力泵。在蓄液槽400的底部堆积有处理沉淀后的粉末或颗粒600等。在蓄液槽400的底部的下面是排液口600，从排液口600排除冷却过滤液。

以上对本发明的CVD工艺的尾气净化装置进行了具体说明。利用本发明，尾气中的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷在经过高温反应桶100氧化反应后，生成可溶解或沉淀粉尘，这样不会使冷却过滤液过于饱和。在过高温反应桶100设置多条高温电热丝，通过对高温电热丝的加热，将高温反应桶100维持在高温，以保证能够充分进行氧化反应。

又，利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置，由于冷却吸收塔200形成多级水帘，能够迅速有效地进行降温并且能够过滤掉大部分粉尘颗粒。能够利用较小的体积空间，实现对粉尘、颗粒的去除。

又，利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置，由于在净化吸附塔300填充满多面体空心球，尤其是填充由若干半扇形叶片组成的多面体空心球，因此，能够较高地效率吸附硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及粉尘颗粒。

综上所述，利用本发明的CVD工艺的尾气净化装置，能够得到以下的技术效果：占用空间体积小、净化效率高、能够彻底去除吸附尾气中残留的微量的硅烷、硼烷、磷烷、砷烷以及粉尘颗粒。

以上的例子主要说明了本发明的CVD工艺的尾气净化装置。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 (7)

1.一种CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，具备：

高温反应桶（100），通入CVD工艺的尾气，使所述尾气与空气中的氧气发生氧化反应；

冷却吸收塔（200），通入从所述高温反应桶排出的气体，用通入的冷却过滤液冷却通入的气体、过滤颗粒；

净化吸附塔（300），利用通入的冷却过滤液和空心球对从所述冷却吸收塔（200）排出的气体进行净化、吸附颗粒；

蓄液槽（400），积存提供给所述冷却吸收塔（200）和净化吸附塔（300）的冷却过滤液；以及

泵（500），将所述蓄液槽（400）中的所述冷却过滤液抽至所述冷却吸收塔（200）和所述净化吸附塔（300），

所述空心球是多面体空心球，所述多面体空心球由多个半扇形叶片组成，

所述冷却吸收塔（200）具备多个喷洒冷却过滤液的喷嘴，

所述喷嘴在高度方向上构成为多级的冷却过滤液帘。

2.如权利要求1所述的CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，

所述冷却过滤液为水或碱性液体。

3.如权利要求1所述的CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，

在所述净化吸附塔（300）中填充满所述多面体空心球。

4.如权利要求1所述的CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，

所述高温反应桶（100）的反应温度在800～1000摄氏度。

5.如权利要求1所述的CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，

所述半扇形叶片相互间错开排列。

6.如权利要求1所述的CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，

利用被所述冷却过滤液润湿的多面体空心球净化、吸附颗粒。

7.如权利要求1所述的CVD工艺的尾气净化装置，其特征在于，

所述高温反应桶（100）中设置多条加热丝。