CN108389788A - 扩散炉管设备及处理废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种扩散炉管设备及处理废气方法。该扩散炉管设备包括扩散炉管反应室、预处理系统以及真空泵，扩散炉管反应室用于半导体器件制造；预处理系统与扩散炉管反应室的废气口连接，预处理系统包括等离子体室，在等离子体室中扩散炉管反应室排出的废气与氧气进行电化学反应，真空泵与预处理系统的出气口连接，以抽取反应的副产气体；处理废气方法包括制造半导体器件时在扩散炉管设备中注入氧气并开启等离子体室和真空泵以使废气分解并排除；本发明采用针对扩散炉管设备产生的特定气体分子使用等离子体使其分解达到完全分离的作用。无需冷凝阱，也能实现降低粉尘塞管，避免粉尘进入真空泵影响真空抽气效率及使用寿命。

Description

扩散炉管设备及处理废气的方法
技术领域
本发明涉及半导体存储器生产技术，尤其是涉及一种扩散炉管设备及处理废气的方法。
背景技术
扩散炉管设备是半导体生产线前工序的重要工艺设备之一，通常在扩散炉管设备中扩散炉管反应室和真空泵(PUMP)之间设置冷凝阱(Cold trap)。冷凝阱作为一种冷却装置,利用一密闭容器于内部置一循环水管或冷媒接触片状或网状物,因废气冷凝效应会有粉层吸附于片状或网状物上,达到微尘抓取功能,降低粉层塞管及真空泵异常的现象，因冷凝阱需频繁配合保养更换或清洗,降低机台产能上应用，同时冷凝阱由于设计安装上常配置于机台真空反应容器出口端管路上,拆装时粉尘量较大,也易污染到真空反应容器本身的环境，同时冷凝阱无法完全避免因粉尘造成真空泵异常造成真空回灌导致产品缺陷(defect)异常报废的风险。
发明内容
本发明提供一种扩散炉管设备及处理废气的方法，以至少解决现有技术中的以上技术问题。
为达到上述目的，本发明一种扩散炉管设备，包括：
扩散炉管反应室，用于制造半导体器件并产生废气，所述扩散炉管反应室包括用于排出所述扩散炉管反应室中废气的废气口，其中，所述废气包含粉尘；
废气预处理系统，所述废气预处理系统的进气口与所述扩散炉管反应室的所述废气口连接，所述废气预处理系统包括等离子体室，所述等离子体室用于使所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体；以及
真空泵，所述真空泵与所述废气预处理系统的出气口连接，以抽取所述废气预处理系统中产生的所述副产气体。
在一实施例中，所述废气预处理系统还包括：
气体扩散器，与所述等离子体室连接；所述气体扩散器包括氧气注入口，用于将氧气注入到所述气体扩散器中；所述气体扩散器用于将输入的废气与所述氧气注入口注入的氧气混合，并将混合气体注入到所述等离子体室。
在一实施例中，所述废气预处理系统还包括：
气体偏转器，所述气体偏转器包括混合气体进口、第一出口和第二出口，所述气体偏转器的所述混合气体进口与所述等离子体室的连接，所述气体偏转器的所述第一出口作为所述废气预处理系统的所述出气口并与所述真空泵连接，所述气体偏转器通过所述第二出口将所述等离子体室分解产生的固体废料排出；以及
固体收集器，所述固体收集器与所述气体偏转器的所述第二出口连接，用于收集所述气体偏转器排出的固体废料。
在一实施例中，所述气体偏转器内设有弯折的气流曲道。
在一实施例中，所述气体偏转器包括T型腔体，所述气体偏转器的所述混合气体进口与所述气体偏转器的所述第二出口在竖直方向上对齐，所述气体偏转器的所述第一出口垂直于所述气体偏转器的所述第二出口设置，以使所述等离子体室分解产生的所述副产气体和固体废料分离在所述气体偏转器的不同出口。
所述固体物收集器具有观察口及泄露检查端口，所述观察口用于观察所述固体物收集器中固体物的量，所述泄露检查端口用于检测所述固体物收集器内密封状态和所述废气预处理系统内气体含量。
在一实施例中，所述等离子体室中的等离子体破坏所述废气中粉尘的分子化学键，以使所述粉尘分子分解并与所述氧气进行化学反应。
在一实施例中，所述粉尘包括ZrCp(NMe2)3颗粒，所述废气中所述粉尘与所述氧气在所述等离子体室中反应分解式包括：
ZrCp(NMe2)3+19O2ZrO2+1.5N2+11CO2+14H2O。
在一实施例中，所述等离子体室中所述等离子体的温度不低于200℃。
为达到上述目的，本发明一种扩散炉管设备处理废气的方法，包括：
提供如上述任一实施例所述的扩散炉管设备；
在所述扩散炉管设备的扩散炉管反应室中制造半导体器件，产生所述废气，并将所述废气排放到所述废气预处理系统中，其中，所述废气包含粉尘；
所述废气预处理系统接收所述扩散炉管反应室排出的废气，并接收注入的氧气，使所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体；以及
开启真空泵，以抽取所述副产气体。
在一实施例中，所述电化学反应包括：
通过产生等离子体，以破环所述废气中粉尘的分子化学键，以使所述粉尘分子分解并与所述氧气进行化学反应；
其中，所述等离子体的温度不低于200℃。
本发明采用上述技术方案，具有如下优点：本发明采用预处理系统针对扩散炉管设备产生的特定气体分子使用等离子体破坏气体分子化学键使其分解后与O2反应生成固体物和反应废气达到完全分离的作用。无需冷凝阱，也能实现降低粉尘塞管，避免粉尘进入真空泵影响真空抽气效率及使用寿命，有效避免产品缺陷异常报废的风险，以优化扩散炉管设备。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中扩散炉管设备的整体结构图；以及
图2为本发明实施例中扩散炉管设备中废气预处理系统剖面图。
附图标记：
110 扩散炉管反应室，
110a 废气口，
120 预处理系统，
120a 进气口，
120b 出气口，
121 等离子体室，
122 气体扩散器，
122a 氧气注入口，
123 气体偏转器，
123a 混合气体进口，
123b 第一出口，
123c 第二出口，
123d 气流曲道，
124 固体收集器，
124a 观察口，
124b 泄露检查端口，
130 真空泵。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
实施例一
本实施例一种扩散炉管设备，根据图1所示，包括扩散炉管反应室110，废气预处理系统120和真空泵130。
扩散炉管反应室110用于制造半导体器件并产生废气。扩散炉管反应室110包括废气口110a，所述废气口110a用于排出所述扩散炉管反应室110中的废气。废气包含粉尘。
废气预处理系统120的进气口120a与所述扩散炉管反应室110的废气口110a连接。废气预处理系统120包括等离子体室121，在所述等离子体室121中所述废气中的所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体。
所述等离子体室121并不止用于除粉尘，对于废气中含有的有害气体或者影响扩散炉管设备的气体，都存在清除作用。
真空泵130与所述预处理系统120的出气口120b连接，以抽取所述预处理系统120中产生的所述副产气体。
在一具体实施例中，所述的预处理系统120包括：
气体扩散器122，所述气体扩散器122包括氧气注入口122a，所述气体扩散器122与所述扩散炉管反应室110的废气口110a连接，所述气体扩散器122与所述等离子体室121连接，所述气体扩散器122用于将输入的废气与所述氧气注入口122a注入的氧气混合扩散。
通常情况下所述等离子体室121用于产生等离子体对废气与氧气的混合气体进行分解时，所述预处理系统120中等离子体室121内的温度不低于200℃。
本实施例采用所述预处理系统120针对扩散炉管设备产生的特定气体分子采用等离子体破坏气体分子化学键使其分解后再与O2气体结合成固体生成物与反应废气达到完全分离的作用，降低粉尘塞管，避免粉尘进入真空泵130影响真空抽气效率及使用寿命，减少所述真空泵130的保养周期和异常跳机，有效避免产品缺陷异常报废的风险，以优化扩散炉管设备。
在一具体实施例中，根据图2所示，所述的预处理系统120还包括气体偏转器123和固体物收集器124。
气体偏转器123包括混合气体进口123a、第一出口123b和第二出口123c，所述气体偏转器123的混合气体进口123a与所述等离子体室121连接，所述气体偏转器123的所述第一出口123b作为所述废气预处理系统120的所述出气口120b并与所述真空泵130连接，所述气体偏转器123通过所述第一出口123b将所述等离子体室122分解产生的气体排出；所述气体偏转器通过所述第二出口123c将所述等离子体室121分解产生的固体废料排出。
固体物收集器124与气体偏转器123的所述第二出口123c连接，所述固体物收集器124用于收集所述气体偏转器123排出的固体废料。
在一具体实施例中，所述气体偏转器123内设有弯折的气流曲道123d，所述气流曲道123d一端与所述等离子体室121连接，所述气流曲道123d另一端与所述真空泵130连接，以使所述真空泵130抽取所述等离子体室121产生的副产气体，且所述气流曲道123d将所述等离子体室121内产生的固体废料隔绝在外，以使固体废料进入所述固体收集器124。
在一具体实施例中，如图2所示，气体偏转器123包括T型腔体。气体偏转器123的混合气体进口123a与所述气体偏转器123的所述第二出口123c在同一竖直方向，所述气体偏转器123的所述第一出口123b垂直于所述气体偏转器123的所述第二出口123c设置，以使所述等离子体室122分解产生的气体和固体分离。
在另一实施例中，气体偏转器123还可以包括Y型腔体。气体偏转器123的混合气体进口123a与所述气体偏转器123的所述第二出口123c的夹角在0°～180°之间，所述气体偏转器123的所述第一出口123b与所述气体偏转器123的所述第二出口123c之间的夹角在0°～180°之间，以使所述等离子体室122分解产生的气体和固体分离。
所述气体偏转器123的具体形状包括但不局限上述T型腔体和Y型腔体，所述气体偏转器123形状只要符合将固体和气体分离即可。
图2中箭头表示气体在扩散炉管设备中的具体流向，并非限定在在所述扩散炉管设备具有的形状或者结构的管道。
根据图2所示，扩散炉管反应室110中的反应产生的废气经由废气110a排入气体扩散器122(气体流向已用箭头标注)，同时气体扩散器122上的氧气注入口122a注入氧气(氧气流向已用箭头标注)。废气与注入的氧气在气体扩散器122中混合，然后进入等离子体室121。废气和氧气混合气体经由等离子体对废气分子分解以进行反应，生成副产气体和固体废料从气体偏转器123的混合气体进口123a进入，副产气体在气体偏转器123中偏转后由真空泵130从气体偏转器123第一出口123b抽出(副产气体流向已用箭头标注)，固体废料则沿气体偏转器123第二出口123c直接掉落至固体物收集箱124中。
在一具体实施例中，所述固体物收集器124包括：观察口124a和泄露检查端口124b。
观察口124a用于观察所述固体物收集器124中固体物的量，以随时监测固体物量及时清除固体物保证所述固体物收集器124腔内清洁。
泄露检查端口124b用于检测所述固体物收集器124内密封状态和所述固体物收集器124内气体含量，以保证所述等离子体室122进行废气分解效率和稳定。
在一个实施例中，所述固体物收集器124的标准直径包括200mm。然而，固体物收集器124的直径并不局限于此，其直径可根据固体废料的量进行调整。
所述扩散炉管设备还包括：加注系统和净气器。
加注系统与扩散炉管反应室连接，用于向扩散炉管反应室加注反应物。
净气器与真空泵连接，用于将真空泵抽取的气体进行净化以排放。
本实施例通过所述气体偏转器123将所述等离子体室122中产生的气体废气和固体物质分离，采用所述气体偏转器123采用T型腔体用于使所述等离子体室产生的废气在T型腔体内进行偏转输出，使固体完全掉落至所述固体物收集器124内，降低粉尘塞管,避免粉尘进入真空泵影响真空抽气效率及使用寿命,有效避免产品缺陷异常报废的风险。
在一具体实施例中，所述等离子体室121中产生的等离子体将所述废气中粉尘的分子化学键破坏，以使所述废气的粉尘分子分解并与所述氧气进行化学反应。
在一具体实施例中，所述扩散炉管反应室110包括氧化锆反应设备，所述扩散炉管反应室110中添加反应物包括三(二甲胺基)环戊二烯锆(ZyALD)，使所述粉尘包括ZrCp(NMe2)3颗粒，所述废气中所述粉尘与所述氧气在所述等离子体室中反应分解式包括：
ZrCp(NMe2)3+19O2→ZrO2+1.5N2+11CO2+14H2O。
上述分解式为一个吸热反应式，该反应过程中产生的热量交换为Hr＝-1714.81Kj/mol。
在一具体实施例中，所述等离子体室122中等离子体的温度不小于200℃。
本实施例通过添加三(二甲胺基)环戊二烯锆(ZyALD)，等离子体室122采用等离子体方式将含有ZrCp(NMe2)3的废气气体分子的化学键加以破坏使含有ZrCp(NMe2)3的废气气体分子分解后与O2反应生成固体生成物和反应废气达到完全分离的作用，且所述等离子体室122中等离子体的温度不低于200℃，以此降低粉尘塞管,避免粉尘进入真空泵130影响真空抽气效率及使用寿命，反应废气在通过真空泵130抽出后排出，减少污染。
实施例二
一种扩散炉管设备处理废气的方法，参照图2所示，包括：
提供如上述实施例一所述的扩散炉管设备；
在所述扩散炉管设备的扩散炉管反应室110中制造半导体器件，产生所述废气，并将所述废气排放到所述废气预处理系统120中，其中，所述废气包含粉尘；
所述废气预处理系统120接收所述扩散炉管反应室110排出的废气，并接收注入的氧气，使所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体；以及
开启真空泵130，以抽取所述副产气体。
在一实施例中，所述电化学反应包括：
通过产生等离子体，以破环所述废气中粉尘的分子化学键，以使所述粉尘分子分解并与所述氧气进行化学反应；
所述废气中所述粉尘与所述氧气在所述等离子体室中反应分解式包括：
ZrCp(NMe2)3+19O2→ZrO2+1.5N2+11CO2+14H2O。
上述分解式为一个吸热反应式，该反应过程中产生的热量交换为Hr＝-1714.81Kj/mol。
其中，所述等离子体的温度不低于200℃。
本实施通过在制造半导体产生废气时，注入用于分解反应的氧气，以使废气进行分解，从而使废气中粉尘不会影响真空抽气效率及使用寿命，保证设备不会因废气粉尘堵塞，且处理废气更加环保。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

Claims (11)

1.一种扩散炉管设备，其特征在于，包括：
扩散炉管反应室，用于制造半导体器件并产生废气，所述扩散炉管反应室包括用于排出所述扩散炉管反应室中废气的废气口，其中，所述废气包含粉尘；
废气预处理系统，所述废气预处理系统的进气口与所述扩散炉管反应室的所述废气口连接，所述废气预处理系统包括等离子体室，所述等离子体室用于使所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体；以及
真空泵，所述真空泵与所述废气预处理系统的出气口连接，以抽取所述废气预处理系统中产生的所述副产气体。
2.根据权利要求1所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述废气预处理系统还包括：
气体扩散器，与所述等离子体室连接；所述气体扩散器包括氧气注入口，用于将氧气注入到所述气体扩散器中；所述气体扩散器用于将输入的废气与所述氧气注入口注入的氧气混合，并将混合气体注入到所述等离子体室。
3.根据权利要求2所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述废气预处理系统还包括：
气体偏转器，所述气体偏转器包括混合气体进口、第一出口和第二出口，所述气体偏转器的所述混合气体进口与所述等离子体室的连接，所述气体偏转器的所述第一出口作为所述废气预处理系统的所述出气口并与所述真空泵连接，所述气体偏转器通过所述第二出口将所述等离子体室分解产生的固体废料排出；以及
固体收集器，所述固体收集器与所述气体偏转器的所述第二出口连接，用于收集所述气体偏转器排出的固体废料。
4.根据权利要求3所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述气体偏转器内设有弯折的气流曲道。
5.根据权利要求4所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述气体偏转器包括T型腔体，所述气体偏转器的所述混合气体进口与所述气体偏转器的所述第二出口在竖直方向上对齐，所述气体偏转器的所述第一出口垂直于所述气体偏转器的所述第二出口设置，以使所述等离子体室分解产生的所述副产气体和固体废料分离在所述气体偏转器的不同出口。
6.根据权利要求3所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述固体物收集器具有观察口及泄露检查端口，所述观察口用于观察所述固体物收集器中固体物的量，所述泄露检查端口用于检测所述固体物收集器内密封状态和所述废气预处理系统内气体含量。
7.根据权利要求1所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述等离子体室中的等离子体破坏所述废气中粉尘的分子化学键，以使所述粉尘分子分解并与所述氧气进行化学反应。
8.根据权利要求7所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述粉尘包括ZrCp(NMe2)3颗粒，所述废气中所述粉尘与所述氧气在所述等离子体室中反应分解式包括：
ZrCp(NMe2)3+19O2→ZrO2+1.5N2+11CO2+14H2O。
9.根据权利要求8所述的扩散炉管设备，其特征在于，所述等离子体室中所述等离子体的温度不低于200℃。
10.一种扩散炉管设备处理废气的方法，其特征在于，包括：
提供如上述1至9中任一项权利要求所述的扩散炉管设备；
在所述扩散炉管设备的扩散炉管反应室中制造半导体器件，产生所述废气，并将所述废气排放到所述废气预处理系统中，其中，所述废气包含粉尘；
所述废气预处理系统接收所述扩散炉管反应室排出的废气，并接收注入的氧气，使所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体；以及
开启真空泵，以抽取所述副产气体。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述使所述粉尘与氧气进行电化学反应，以将所述废气转变为固体废料和副产气体包括：
通过产生等离子体，以破环所述废气中粉尘的分子化学键，以使所述粉尘分子分解并与所述氧气进行化学反应；
其中，所述等离子体的温度不低于200℃。
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