CN112705016B - 一种单晶硅外延片生产用废气处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单晶硅外延片生产用废气处理系统，包括储气罐、吸附池、燃烧室、暂存罐和分离罐，储气罐的侧壁上连接有排废管和排气管，排气管上连接有曝气管，且曝气管置于吸附池内，吸附池内装有用于吸附氨气的溶液，吸附池连接有氨气提纯装置，吸附池上设有燃烧室，储气罐安装有与燃烧室连通的液体过滤装置，吸附池内还设有伸入燃烧室的氢气传送管，燃烧室一侧依次连接有暂存罐和分离罐，分离罐内设有过滤机构。本发明可提高氨气回收的纯度，通过燃烧室可燃烧多余的氢气，利用氢气提高燃烧室的温度，同时利用高温燃烧三甲基镓，使三甲基镓燃烧，然后对燃烧后的气体进行处理，以防止三甲基镓直接排放造成的危害。

Description

一种单晶硅外延片生产用废气处理系统

技术领域

本发明涉及单晶硅外延片生产领域，特别是涉及一种单晶硅外延片生产用废气处理系统。

背景技术

外延是半导体工艺当中的一种，硅片最底层是P型衬底硅，在衬底上生长一层单晶硅，这层单晶硅称为外延层。外延层作为集电区，在其上面还有基区和发射区，因此外延片就是在称帝上做好外延层的硅片。外延片生产大多是采用金属有机物化学气相沉积工艺，其工作温度为700～1100℃，生产过程中将三甲基镓和氨气等原材料通过不同的管道传送至金属有机物化学气相沉积系统中，在专用的设备反应室中分解镓、氨等单质，沉积在衬底上生长氮化镓及其合金的薄膜单晶体，外延片生产过程中的主要污染源是排放的含氨废气。

现有对含氨废气的主要处理方法是将废气通入纯水或稀释的稀硫酸溶液中，将氨气吸收，吸收后的安睡通过加热的方式回收氨水中的氨气，对氢气、氮气则直接排放进入大气，这样虽然能够有效去除尾气中的氨气，但是对尾气中的三甲基镓未经处理进行排放，三甲基镓在常温常压想为无色透明的有毒液体，在空气中易氧化，在室温下燃烧会发出金属氧化物白烟，其危害性较高，而且氢气直接排放造成了能源的浪费，另外回收的氨气含水量较大，品质差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶硅外延片生产用废气处理系统，该废气处理系统可解决现有技术中回收的氨气品质差、氢气浪费、三甲基镓直接排放等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种单晶硅外延片生产用废气处理系统，包括储气罐、吸附池、燃烧室、暂存罐和分离罐，所述储气罐的侧壁上连接有排废管和排气管，排废管和排气管内均安装有止回阀，所述排气管内还设有电磁阀，所述排气管上连接有曝气管，且曝气管置于吸附池内，所述吸附池内装有用于吸附氨气的溶液，且吸附池密封，吸附池连接有氨气提纯装置，所述吸附池上设有燃烧室，所述储气罐安装有与燃烧室连通的液体过滤装置，所述吸附池内还设有伸入燃烧室的氢气传送管，燃烧室一侧连接有用于存放废气的暂存罐，所述暂存罐内设有与分离罐连接的供气管，所述分离罐用于过滤有害气体的过滤机构。

所述储气罐包括罐体、波纹管、推杆和压强传感器，罐体下部连接有排废管和排气管，排废管和排气管上方的罐体内安装有波纹管，所述波纹管底端与罐体内壁固定连接，波纹管上部的出口处安装有密封板，密封板上方的罐体内竖直安装有推杆，且推杆的伸出端与密封板连接，所述罐体下部内壁安装有压强传感器，罐体底部加工有集液槽，集液槽内设有与燃烧室连接的液体过滤装置。

所述液体过滤装置包括检测管、分流管、过滤管和集流管，检测管与分流管连接，检测管内设有液体传感器，液体传感器与分流管之间还设有阀门，所述分流管上设有多个分流接头，每个分流接头上均安装有过滤管，多个过滤管的另一端与集流管并联，每个分流街头上均设有阀门。

所述燃烧室包括感应电炉、温度传感器、压力传感器，所述感应电炉内安装有坩埚，所述集流管伸入坩埚内，感应电炉上方安装有检测燃烧室内温度和压力的温度传感器和压力传感器，所述燃烧室顶部设有压力调节器，压力调节器上设有与暂存罐连接的输送管。

所述过滤机构包括一级冷凝管、二级冷凝管和接液托盘，所述一级冷凝管位于二级冷凝管的下方，一级冷凝管和二级冷凝管的下方均安装有接液托盘，所述接液托盘上加工有通气口，通气口上连接有上下贯通的空心锥台，接液托盘底部设有保温管，且保温管的温度与对应一级冷凝管或二级冷凝管的温度相同。

所述氨气提纯装置包括提纯罐、加热器、吸附塔和冷凝器，所述提纯罐上设有与吸附池连接的循环管，提纯罐的底部安装有加热器，加热器顶部设有与吸附塔底部连接的氨气管道，吸附塔顶部设有与冷凝器连接的纯氨管。

本发明提供的单晶硅外延片生产用废气处理系统具有的有益效果是：

(1)通过设置的储气罐、吸附池、燃烧室、暂存罐和分离罐可提高氨气回收的纯度，通过燃烧室可燃烧多余的氢气，利用氢气提高燃烧室的温度，同时利用高温燃烧三甲基镓，使三甲基镓燃烧，然后对燃烧后的气体进行处理，以防止三甲基镓直接排放造成的危害；

(2)通过设置储气罐，使其可进行气液分离，同时还具有调节压力的作用，以便于分离气态的氮气和液态的三甲基镓，通过这样分离气体和液体，与现有气液分离器相比，可以调整储气罐内的压力，以防止储气罐内压力过高造成废气不能集中，引起的废气泄漏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的储气罐与液体过滤装置的连接示意图。

图3为本发明实施例提供的吸附池和燃烧室的连接示意图。

图4为本发明实施例提供的氨气提纯装置的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的暂存罐和分离罐的连接示意图。

图6为本发明实施例提供的接液托盘的结构示意图。

附图标记：1、储气罐；101、罐体；102、波纹管；103、推杆；104、压强传感器；105、密封板；106、集液槽；107、排废管；108、排气管；109、止回阀；110、电磁阀；111、曝气管；2、吸附池；21、氢气传送管；3、氨气提纯装置；31、提纯罐；32、加热器；33、吸附塔；34、冷凝器；35、循环管；36、氨气管道；37、纯氨管；4、燃烧室；41、感应电炉；42、温度传感器；43、压力传感器；44、坩埚；45、压力调节器；46、输送管；5、液体过滤装置；51、检测管；52、分流管；53、过滤管；54、集流管；55、液体传感器；56、阀门；57、分流接头；6、暂存罐；7、分离罐；8、过滤机构；81、一级冷凝管；82、二级冷凝管；83、接液托盘；84、通气口；85、空心锥台；86、保温管。

具体实施方式

实施例

如图1～图6所示，本实施例提供的单晶硅外延片生产用废气处理系统包括储气罐1、吸附池2、燃烧室4、暂存罐6和分离罐7，所述储气罐1的侧壁上连接有排废管107和排气管108，排废管107和排气管108内均安装有止回阀109，所述排气管108内还设有电磁阀110，所述排气管108上连接有曝气管111，且曝气管111置于吸附池2内，所述吸附池2内装有用于吸附氨气的溶液，且吸附池2密封，吸附池2连接有氨气提纯装置3，所述吸附池2上设有燃烧室4，所述储气罐1安装有与燃烧室4连通的液体过滤装置5，液体过滤装置5主要是过滤出三甲基镓中含有的固体废弃物，然后通过燃烧室4将三甲基镓焚烧，以减轻三甲基镓的毒性，所述吸附池2内还设有伸入燃烧室4的氢气传送管21，氢气传送管21用于氢气送入燃烧室4助燃，可避免氢气直接排放，同时还可减少燃烧室4的能耗，燃烧室4一侧连接有用于存放废气的暂存罐6，暂存罐6用于存放燃烧后产生的废气，由于三甲基镓燃烧后会产生大量的空气，为此暂存罐6需要进行压力调节，可选用与储气罐1结构相同的罐体101，所述暂存罐6内设有与分离罐7连接的供气管，供气管用于传送废气，所述分离罐7用于过滤有害气体的过滤机构8，通过过滤机构8对有害气体进行过滤，使废气可排放。

如图2所示，为了使储气罐1可应对不同压力的废气情况，所述储气罐1包括罐体101、波纹管102、推杆103和压强传感器104，罐体101下部连接有排废管107和排气管108，排废管107和排气管108上方的罐体101内安装有波纹管102，所述波纹管102底端与罐体101内壁固定连接，波纹管102上部的出口处安装有密封板105，密封板105上方的罐体101内竖直安装有推杆103，且推杆103的伸出端与密封板105连接，所述罐体101下部内壁安装有压强传感器104，罐体101底部加工有集液槽106，集液槽106内设有与燃烧室4连接的液体过滤装置5，使用时通过压强传感器104指示的数据，利用推杆103带动密封板105上下移动，密封板105上下移动时，通过波纹管102调整罐体101内的容积，用于应对气体压力的变化。

如图2所示，为了防止废弃液体中含有的粉尘混入三甲基镓中，需要对液态的三甲基镓进行过滤，传统的过滤是连接一个过滤器，但是过滤器容易堵塞，堵塞后更换是极为麻烦的过程，为了保证过滤效率，所述液体过滤装置5包括检测管51、分流管52、过滤管53和集流管54，检测管51与分流管52连接，检测管51内设有液体传感器55，液体传感器55与分流管52之间还设有阀门56，所述分流管52上设有多个分流接头57，每个分流接头57上均安装有过滤管53，多个过滤管53的另一端与集流管54并联，每个分流街头上均设有阀门56，在过滤管53堵塞时，关闭对应的阀门56，然后对过滤管53进行更换，此时其余过滤管53依然可正常工作，更换过滤管53不会影响整个系统使用，而且为了观察过滤管53的状态，过滤管53的管壁可选用透明材料制作。

如图3所示，为了减少燃烧产生的压力过大，所述燃烧室4包括感应电炉41、温度传感器42、压力传感器43，所述感应电炉41内安装有坩埚44，所述集流管54伸入坩埚44内，感应电炉41上方安装有检测燃烧室4内温度和压力的温度传感器42和压力传感器43，所述燃烧室4顶部设有压力调节器45，压力调节器45上设有与暂存罐6连接的输送管46，使用时氢气可作为辅助燃烧剂来增加燃烧室4的温度，同时可避免氢气直接排空造成的气体浪费，既能减少氢气浪费，又能减少感应电炉41的能耗。

如图5、图6所示，由于三甲基镓燃烧后含有较多的可回收成分，因此采用冷凝法将其分离出来，由于燃烧室4内除了氢气以外，没有加入其余气体，因此冷凝只是对三甲基镓燃烧后膨胀的气体进行冷却，这一步节约了很大的能耗，所述过滤机构8包括一级冷凝管81、二级冷凝管82和接液托盘83，所述一级冷凝管81位于二级冷凝管82的下方，一级冷凝管81和二级冷凝管82的下方均安装有接液托盘83，所述接液托盘83上加工有通气口84，通气口84上连接有上下贯通的空心锥台85，接液托盘83底部设有保温管86，且保温管86的温度与对应一级冷凝管81或二级冷凝管82的温度相同。

如图4所示，为了提高氨气的纯度，所述氨气提纯装置3包括提纯罐31、加热器32、吸附塔33和冷凝器34，所述提纯罐31上设有与吸附池2连接的循环管35，提纯罐31的底部安装有加热器32，加热器32顶部设有与吸附塔33底部连接的氨气管道36，吸附塔33顶部设有与冷凝器34连接的纯氨管37，通过将氨气通入溶液中，再将氨气排除，对氨气进行过滤后提纯，可提高氨气的纯度，以提高利用率，而且溶液中氨气排出后可再次加入吸附池2内循环使用。

本发明的使用方法是：

将外延片生产产生的废气和废液通过排废管107排入储气罐1，排入出储气罐1的废气在罐体101内沉积，废气通过排气管108传入吸附池2，废气中的氨气与吸附池2内的溶液混合后制成氨水，同时废气中的氢气通过吸附池2上方的氢气传送管21进入燃烧室4内作为助燃剂，一方面防止氢气浪费，另一方面可提高燃烧室4内的温度，节省能源，储气罐1底部囤积的三甲基镓通过液体过滤装置5过滤后送入燃烧室4内，燃烧室4通过感应电炉41对坩埚44进行升温，三甲基镓进入燃烧室4后滴落在坩埚44上，进行燃烧，燃烧后产生的废气通过输送管46传送至暂存罐6，再通过暂存罐6送入分离罐7内，在过滤机构8的过滤后排出。

储气罐1使用时，根据压强传感器104检测储气罐1内的压力大小，当压力过大时，推杆103带动密封板105上移，用于增加储气罐1内的容积，当储气罐1内的压力达到一定后，推杆103带动密封板105下移，用于将废气通过排气管108挤入吸附池2，瑞后在止回阀109的作用下，防止废气回流；三甲基镓滞留在罐体101底部的集液槽106内，当三甲基镓存储到一定量后，液体过滤装置5经检测管51和分流管52从多根过滤管53流入集流管54流入燃烧室4内，当检测管51内的液体传感器55未检测到三甲基镓的时候，阀门56关闭，为了防止三甲基镓燃烧时因燃烧室4内的压力过大造成液体回流，燃烧室4工作时，压力调节器45用于平衡燃烧室4内的压力。

系统工作时产生两个种类的废气，一个是氨水废气物，另一个是三甲基镓燃烧产生的废弃物，氨水废弃物通过氨气提纯装置3进行提纯，用于得到可循环使用的氨气，吸附氨气的溶液循环管35进入提纯罐31内，在加热器32加热后，将氨气施放出来，施放出来的氨气经过氨气管道36进入吸附塔33进行吸附过滤，过滤后的氨气通过纯氨管37进入冷凝器34，在冷凝器34的作用下对氨气进行液化，氨气液化后可再次进行利用，提高氨气的利用率。三甲基镓燃烧后的空气进入过滤机构8过滤，过滤机构8的一级冷凝管81和二级冷凝管82的温度不一样，用于对不同废气进行冷凝，一级冷凝管81和二级冷凝管82冷凝后的液体滴落在接液托盘83上，通过接液托盘83排出，接液托盘83上的保温管86可防止冷凝后的液体温度增加，保证冷凝效果，接液托盘83上的空心锥台85可便于废气穿过，以便于废气流动。

以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本发明。

Claims (6)

1.一种单晶硅外延片生产用废气处理系统，其特征在于：包括储气罐、吸附池、燃烧室、暂存罐和分离罐，所述储气罐的侧壁上连接有排废管和排气管，排废管和排气管内均安装有止回阀，所述排气管内还设有电磁阀，所述排气管上连接有曝气管，且曝气管置于吸附池内，所述吸附池内装有用于吸附氨气的溶液，且吸附池密封，吸附池连接有氨气提纯装置，所述吸附池上设有燃烧室，所述储气罐安装有与燃烧室连通的液体过滤装置，所述吸附池内还设有伸入燃烧室的氢气传送管，燃烧室一侧连接有用于存放废气的暂存罐，所述暂存罐内设有与分离罐连接的供气管，所述分离罐用于过滤有害气体的过滤机构。

2.根据权利要求1所述的单晶硅外延片生产用废气处理系统，其特征在于：所述储气罐包括罐体、波纹管、推杆和压强传感器，罐体下部连接有排废管和排气管，排废管和排气管上方的罐体内安装有波纹管，所述波纹管底端与罐体内壁固定连接，波纹管上部的出口处安装有密封板，密封板上方的罐体内竖直安装有推杆，且推杆的伸出端与密封板连接，所述罐体下部内壁安装有压强传感器，罐体底部加工有集液槽，集液槽内设有与燃烧室连接的液体过滤装置。

3.根据权利要求1或2所述的单晶硅外延片生产用废气处理系统，其特征在于：所述液体过滤装置包括检测管、分流管、过滤管和集流管，检测管与分流管连接，检测管内设有液体传感器，液体传感器与分流管之间还设有阀门，所述分流管上设有多个分流接头，每个分流接头上均安装有过滤管，多个过滤管的另一端与集流管并联，每个分流街头上均设有阀门。

4.根据权利要求3所述的单晶硅外延片生产用废气处理系统，其特征在于：所述燃烧室包括感应电炉、温度传感器、压力传感器，所述感应电炉内安装有坩埚，所述集流管伸入坩埚内，感应电炉上方安装有检测燃烧室内温度和压力的温度传感器和压力传感器，所述燃烧室顶部设有压力调节器，压力调节器上设有与暂存罐连接的输送管。

5.根据权利要求1所述的单晶硅外延片生产用废气处理系统，其特征在于：所述过滤机构包括一级冷凝管、二级冷凝管和接液托盘，所述一级冷凝管位于二级冷凝管的下方，一级冷凝管和二级冷凝管的下方均安装有接液托盘，所述接液托盘上加工有通气口，通气口上连接有上下贯通的空心锥台，接液托盘底部设有保温管，且保温管的温度与对应一级冷凝管或二级冷凝管的温度相同。

6.根据权利要求1所述的单晶硅外延片生产用废气处理系统，其特征在于：所述氨气提纯装置包括提纯罐、加热器、吸附塔和冷凝器，所述提纯罐上设有与吸附池连接的循环管，提纯罐的底部安装有加热器，加热器顶部设有与吸附塔底部连接的氨气管道，吸附塔顶部设有与冷凝器连接的纯氨管。

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