CN113432128A

CN113432128A - 用于半导体气相外延工艺的废气处理系统及方法、装置

Info

Publication number: CN113432128A
Application number: CN202110750313.9A
Authority: CN
Inventors: 杨春水; 杨春涛; 张坤; 蔡传涛
Original assignee: Beijing Jingyi Automation Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingyi Automation Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-09-24

Abstract

本申请提供了一种用于半导体气相外延工艺的废气处理系统及方法、装置。该方法包括：响应于气相外延工艺机台发送的制程气体为废气的信号，使废气进入废气处理装置中，并接收废气中氢气的流量数据；根据流量数据计算将氢气完全燃烧所需的第一压缩干燥空气的标准量；根据标准量调节进入废气处理装置的第一压缩干燥空气的流量；使甲烷和第二压缩干燥空气进入废气处理装置的燃烧器中，并使甲烷和第二压缩干燥空气在燃烧器中进行燃烧，产生热量；在热量下，使废气中的氢气在废气处理装置中与第一压缩干燥空气中的氧气完全燃烧，从而得到处理。本申请提供处理工艺可准确判断处理氢气的时机，且可保证废气中的氢气被完全处理。

Description

用于半导体气相外延工艺的废气处理系统及方法、装置

技术领域

本申请涉及半导体制程废气的净化技术，特别地，涉及一种用于半导体气相外延工艺的废气处理系统及方法、装置。

背景技术

在半导体科学技术的发展中，气相外延发挥了重要作用，该技术已广泛用于硅半导体器件和集成电路的工业化生产。采用化学气相沉积生长方法满足晶体的完整性、器件结构的多样化，装置可控简便，批量生产、纯度的保证、均匀性要求。气相硅外延生长是在高温下使挥发性强的硅源与氢气发生反应或热解，生成的硅原子淀积在硅衬底上长成外延层。同时还需要封闭反应室通高纯氢气排除反应室中的空气，会有大量的氢气排放，需要做处理。

目前处理氢气的方式有氮气稀释和燃烧两种方式。氮气稀释的方式是通入大量的氮气，将氢气稀释到爆炸极限以下，是一种物理处理方式，需要浪费大量的氮气，同时还存在爆炸的潜在安全风险。目前的燃烧处理装置，使用固定燃气流量的处理方式，无论其是否处理氢气还是非氢气类的废气，燃烧处理装置都将燃气流量进行固定流量的方式进行燃烧处理。此种方式并没有根据废气的物理化学性质进行分析调控能源，使得能源的消耗增加；与氢气燃烧反应的空气是由风机提供，没有进行流量控制，由于氢气燃烧的火焰温度可达1430℃，过剩的空气在高温下会产生热型氮氧化物，对环境造成危害。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供了一种针对半导体气相外延工艺产生的废气中的氢气的处理工艺，使其得到有效处理。

本申请的第一目的是提供用于半导体气相外延工艺的废气处理系统，所述废气包括氢气，所述系统包括：

燃烧管路，包括甲烷进气管路、安装有第一压缩干燥空气质量流量控制器的第一压缩干燥空气管路和第二压缩干燥空气管路；

制程进气管路，安装有氢气流量计；

废气处理装置，分别与所述第一压缩干燥空气管路、所述制程进气管路相连，所述废气处理装置还安装有燃烧器和总控制器，所述燃烧器分别与所述甲烷进气管路和所述第二压缩干燥空气管路相连，所述总控制器分别与气相外延工艺机台、所述第一压缩干燥空气质量流量控制器和所述氢气流量计相连，所述总控制器用于判断所述气相外延工艺机台是否发送制程气体为所述废气的信号以及根据所述废气中氢气的流量调节所述第一压缩干燥空气管路的压缩干燥空气的流量。

在本申请的一些实施例中，所述制程进气管路还安装有回火防止器，所述回火防止器与所述总控制器相连。

在本申请的一些实施例中，所述制程进气管路还安装有温度传感器和氮气吹扫装置，所述温度传感器和所述氮气吹扫装置分别与所述总控制器相连。

在本申请的一些实施例中，所述甲烷进气管路安装有甲烷质量流量控制器，所述第二压缩干燥空气管路安装有第二压缩干燥空气质量流量控制器，所述甲烷质量流量控制器和第二压缩干燥空气质量流量控制器分别与所述总控制器相连。

在本申请的一些实施例中，所述制程进气管路的入口还安装有三通阀。

本申请的第二目的是提供一种用于半导体气相外延工艺的废气处理方法，所述废气包括氢气，所述方法包括：

响应于气相外延工艺机台发送的制程气体为所述废气的信号，使所述废气进入废气处理装置中，并接收所述废气中氢气的流量数据；

根据所述流量数据计算将氢气完全燃烧所需的第一压缩干燥空气的标准量；

根据所述标准量调节进入所述废气处理装置的所述第一压缩干燥空气的流量；

使甲烷和第二压缩干燥空气进入废气处理装置的燃烧器中，并使甲烷和所述第二压缩干燥空气在所述燃烧器中进行燃烧，产生热量；

在所述热量下，使所述废气中的氢气在所述废气处理装置中与所述第一压缩干燥空气中的氧气完全燃烧，从而得到处理。

在本申请的一些实施例中，上述方法还包括：

判断所述废气的进气管路是否回火；

若是，断开所述废气的进气管路。

在本申请的一些实施例中，上述方法还包括：

检测所述废气的进气温度；

响应于所述进气温度超过设定值，采用氮气吹扫所述废气的进气管路。在本申请的一些实施例中，上述方法还包括：

调节甲烷和所述第二压缩干燥空气的流量，使甲烷和所述第二压缩干燥空气按比例进入所述燃烧器中。

本申请的第三目的是提供一种装置，其包括：

处理器；以及

存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法。

本申请提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理工艺通过与气相外延工艺机台的通讯，可准确判断处理氢气的时机，而且可根据氢气的进气量对压缩干燥空气的流量进行控制，从而保证废气中的氢气被完全处理。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理系统的结构示意图。

图2为本申请另一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理系统的结构示意图。

图3为本申请一实施例提供的用于处理半导体气相外延工艺的废气的工艺流程图。

图4为本申请另一实施例提供的用于处理半导体气相外延工艺的废气的工艺流程图。

图5为本申请又一实施例提供的用于处理半导体气相外延工艺的废气的工艺流程图。

图6为本申请又一实施例提供的用于处理半导体气相外延工艺的废气的工艺流程图。

图7为本申请又一实施例提供的用于处理半导体气相外延工艺的废气的工艺流程图。

图8为本申请又一实施例提供的用于处理半导体气相外延工艺的废气的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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申请中的具体含义。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下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申请。此外，本申请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，本申请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。

图1示出了本申请一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理系统1000。该系统1000包括燃烧管路、制程进气管路和废气处理装置300。

其中，燃烧管路包括甲烷进气管路和压缩干燥空气管路。甲烷进气管路上安装有第一手阀111、第一电磁阀112。压缩干燥空气管路包括第一压缩干燥空气管路和第二压缩干燥空气管路。压缩干燥空气管路上设置有第二手阀121，过了第二手阀121后，压缩干燥空气管路分为了第一压缩干燥空气管路和第二压缩干燥空气管路。第二压缩干燥空气管路上安装有第二电磁阀122，第一压缩干燥空气管路上安装有第三电磁阀131和第一压缩干燥空气质量流量控制器132。

其中第一压缩干燥空气管路用于向废气处理装置300提供用于处理废气中氢气的压缩干燥空气(CDA)，第二压缩干燥空气管路用于向废气处理装置300的燃烧器310提供与甲烷(CH₄)燃烧的压缩干燥空气。

制程进气管路上安装有氢气流量计211，用于计量废气中氢气的流量。

废气处理装置300安装有燃烧器310和总控制器(图中未示出)，并且废气处理装置300分别与第一压缩干燥空气管路和制程进气管路相连。当制程气体为废气时，废气和压缩干燥空气进入废气处理装置中燃烧，从将废气中的氢气完全处理。

燃烧器310分别与甲烷进气管路和第二压缩干燥空气管路相连。甲烷和通过第二压缩干燥空气管路送入的压缩干燥空气在燃烧器310中燃烧，从而产生热量，供废气处理装置300处理氢气用。

总控制器分别与气相外延工艺机台(图中未示出)、第一电磁阀112、第二电磁阀122、第三电磁阀131、第一压缩干燥空气质量流量控制器132和氢气流量计211相连。总控制器用于判断气相外延工艺机台是否发送制程气体为废气的信号以及根据废气中氢气的流量调节第一压缩干燥空气管路的压缩干燥空气的流量。此外还用于控制第一电磁阀112、第二电磁阀122和第三电磁阀131的开闭，从而将甲烷和压缩干燥空气送入废气处理装置300的燃烧器310中，以及将压缩干燥空气送入废气处理装置300与氢气反应。

本申请所使用的压缩干燥空气中氧气的含量以体积含量计约占20.95％。

氢气与氧气的燃烧反应方程式为：2H₂+O₂→2H₂O。可知，要使废气中的氢气完全被处理，压缩干燥空气的流量需至少为氢气流量的2.39倍。故而，本申请优选将通过第二压缩干燥空气管路进入废气处理装置300的压缩干燥空气的流量设置在废气中氢气流量的2.39倍以上。更优选为约2.4至2.6倍，这样既能保证氢气被完全处理，也不会浪费压缩干燥空气。

本申请提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理系统通过与气相外延工艺机台的通讯，可准确判断处理氢气的时机，而且可根据氢气的进气量对压缩干燥空气的流量进行控制，从而保证废气中的氢气被完全处理。

图2示出了本申请另一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理系统1000。该系统1000在图1所示的实施例的基础上，其制程进气管路还安装有回火防止器213。回火防止器213与总控制器相连。当制程进气管路回火时，该回火防止器213会及时将制程进气管路断开。

进一步地，本实施例中，制程进气管路还安装有温度传感器214和氮气吹扫装置(图中未示出)。温度传感器214与总控制器相连。本实施例中，氮气吹扫管路上设置有第四电磁阀215，第四电磁阀215与总控制器相连。

温度传感器214用于测量废气的进气温度，一般来说，当温度超过150℃时，系统就有回火的风险了，此时可打开氮气吹扫装置，用氮气吹扫制程进气管路，防止火焰回烧，确保安全。优选同时关掉第三电磁阀131，不让压缩干燥空气进入废气处理装置300中。

本实施例中，制程进气管路上安装有三通阀212，可实现制程气体的排放。当系统有回火的风险时，可在用氮气吹扫的同时，将废气通过三通阀212排放至备用机台或者厂务端等。

本实施例中，甲烷进气管路上还安装有甲烷质量流量控制器113，第二压缩干燥空气管路上还安装有第二压缩干燥空气质量流量控制器123。甲烷质量流量控制器113和第二压缩干燥空气质量流量控制器123分别与总控制器相连。此时可调节甲烷和第二压缩干燥空气的流量，使甲烷和第二压缩干燥空气按比例进入燃烧器310中，并在燃烧器310中进行燃烧，从而达到最佳燃烧状态。

本申请中，当制程气体不是该废气时，废气处理装置在正常运行状态下是用于处理SiH₂Cl₂、SiH₄、TEOS等气体的。

图3示出了本申请一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理方法。该方法包括：

响应于气相外延工艺机台发送的制程气体为废气的信号，使废气进入废气处理装置中，并接收废气中氢气的流量数据；

根据流量数据计算将氢气完全燃烧所需的第一压缩干燥空气的标准量；

根据标准量调节进入废气处理装置的第一压缩干燥空气的流量；

使甲烷和第二压缩干燥空气进入废气处理装置的燃烧器中，并使甲烷和第二压缩干燥空气在燃烧器中进行燃烧，产生热量；

在热量下，使废气中的氢气在废气处理装置中与第一压缩干燥空气中的氧气完全燃烧，从而得到处理。

本申请提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理方法通过与气相外延工艺机台的通讯，可准确判断处理氢气的时机，而且可根据氢气的进气量对压缩干燥空气的流量进行控制，从而保证废气中的氢气被完全处理。

可选地，如前所述，当制程气体不是该废气时，废气处理装置在正常运行状态下是用于处理SiH₂Cl₂、SiH₄、TEOS等气体的。此时该方法可为：

判断气相外延工艺机台是否发送制程气体为废气的信号；

若是，使废气进入废气处理装置中，并接收废气中氢气的流量数据；

在热量下，使废气中的氢气在废气处理装置中与第一压缩干燥空气中的氧气完全燃烧，从而得到处理；

若否，废气处理装置正常运行。

图5示出了本申请另一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理方法。该方法相对于图4所示的实施例，进一步包括：判断废气的进气管路是否回火；

若是，断开所述废气的进气管路。

若否，继续在当前状态下处理该废气。

这样可以确保设备与厂务的安全。

可选地，该方法还包括：

检测废气的进气温度；

响应于进气温度超过设定值，采用氮气吹扫废气的进气管路。

图6示出了本申请又一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理方法。该方法相对于图4所示的实施例，进一步包括：判断废气的进气温度是否超过设定值；

若是，采用氮气吹扫所述废气的进气管路。

如前所述，当进气温度超过150℃即可判断为有回火的风险，此时即可采用氮气进行吹扫。

若否，继续在当前状态下处理该废气。

如前所述，还可同时断开压缩干燥空气的进气管路，不让压缩干燥空气进入废气处理装置300中，从而增加安全性。或者将废气排放至备用机台或者厂务端，不让废气进入废气处理装置300中(如图7所示)。

图8示出了本申请又一实施例提供的用于半导体气相外延工艺的废气处理方法。该方法相对于图4所示的实施例还包括：调节甲烷和第二压缩干燥空气的流量，使甲烷和第二压缩干燥空气按比例进入燃烧器中。

该实施例对用于产生热量的甲烷和第二压缩干燥空气的流量进行了控制，从而达到最佳燃烧状态。

本申请还提供了一种装置，其包括：处理器；以及存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法。

本申请还提供了一种非瞬时性计算机存储介质，其存储有计算机程序，当所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法。

需要说明的是，本领域技术人员应该很容易意识到，结合本文中所提供的实施例描述的各示例的单元及步骤，本申请能够以硬件或硬件和计算机软件的结合形式来实现。某个功能究竟以硬件还是计算机软件驱动硬件的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来插件相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)或光盘等。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种用于半导体气相外延工艺的废气处理系统，所述废气包括氢气，其特征在于，所述系统包括：

制程进气管路，安装有氢气流量计；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制程进气管路还安装有回火防止器，所述回火防止器与所述总控制器相连。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制程进气管路还安装有温度传感器和氮气吹扫装置，所述温度传感器和所述氮气吹扫装置分别与所述总控制器相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述甲烷进气管路安装有甲烷质量流量控制器，所述第二压缩干燥空气管路安装有第二压缩干燥空气质量流量控制器，所述甲烷质量流量控制器和所述第二压缩干燥空气质量流量控制器分别与所述总控制器相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述制程进气管路的入口还安装有三通阀。

6.一种用于半导体气相外延工艺的废气处理方法，所述废气包括氢气，其特征在于，所述方法包括：

使甲烷和第二压缩干燥空气进入所述废气处理装置的燃烧器中，并使甲烷和所述第二压缩干燥空气在所述燃烧器中进行燃烧，产生热量；

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

判断所述废气的进气管路是否回火；

若是，断开所述废气的进气管路。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述废气的进气温度；

响应于所述进气温度超过设定值，采用氮气吹扫所述废气的进气管路。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

10.一种装置，包括：

处理器；以及

存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求6-9中任一所述的方法。