專利名稱：硅烷尾氣處理裝置以及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沉積)工藝尾氣的處理方法以及尾氣處理裝置，特別是涉及對硅烷尾氣進行處理的方法以及裝置。
背景技術：
在雙極集成電路和分立器件的制造過程中，需要用硅烷參與反應的CVD技術來生長二氧化硅、氮化硅、和多晶硅等摻雜或鈍化薄膜。因此，在CVD工藝過程中的進氣包括有機硅烷，因而尾氣的組分中也包括未分解的有機硅烷。多數(shù)工廠使用的硅烷(SiH4)濃度有5%、20%、和100%等多種硅烷。硅烷是無色、有毒、易燃易爆氣體，氣化學性質活潑，極易被氧化，當硅烷濃度達3%時在空氣中會發(fā)生燃燒。一般，參與反應的硅烷氣體約有20% 60%從反應裝置的尾氣排出。特別是當100%硅烷作業(yè)LPCVD和PECVD工藝時，為確保反應裝置中爐口到爐尾生長圓片的膜厚均勻性，通常會加大100% SiH4的用量，故從真空泵組排出的尾氣中，還含有未反應的硅烷比例會更高。如果尾氣中排出的高濃度硅烷未經處理或者處理不徹底，而進入工廠排風管道中，將與空氣反應，劇烈燃燒，甚至爆炸。以下，說明現(xiàn)有技術中對CVD尾氣進行處理的方法。在CVD反應裝置排氣口后面節(jié)一根不銹鋼金屬管道，例如長約2米，直徑約250毫米，在金屬管道入口處通入壓縮空氣和氮氣的混合氣體，金屬管道出口處接入工廠的排風管路。該尾氣處理裝置的目的是確保殘余的硅烷在此金屬管道內燃燒，但有時候由于殘留硅烷濃度過高，總量過大時，會發(fā)生劇烈燃燒，甚至爆炸，非常危險。由此可見，現(xiàn)有技術中對CVD尾氣進行處理的方法存在以下缺點:(I)對CVD裝置尾氣排氣硅烷濃度較低、總量較小時，具有一定的效果，但是當CVD裝置尾氣排氣硅烷濃度高、尾氣總量大(特別是低壓、等離子CVD采用100%硅烷反應的裝置)，仍舊存在爆炸的隱患；(2) CVD工藝的尾氣中含有大量粘附性粉塵顆粒，積累到一定的量會堵塞排氣口，造成更危險的爆炸；(3)該尾氣處理裝置的燃燒筒由于體積較大，通常裝載設備上方，若是2米長、壁厚5毫米的不銹鋼管總量將會達到50公斤左右，這樣拆卸安裝都很不方便；(4)燃燒筒沒有控制器，故氮氣和壓縮空氣24小時常通，存在消耗大，成本高的問題。

發(fā)明內容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的之一旨在，提供一種能夠確保硅烷在燃燒前被稀釋并且稀釋后的硅烷在燃燒筒內能充分燃燒的硅烷尾氣處理裝置及硅烷尾氣處理方法。本發(fā)明的目的之二旨在，提供一種能夠確保燃燒產生的粉塵不堵塞排氣口、提高整個裝置安全性的硅烷尾氣處理裝置及硅烷尾氣處理方法。
本發(fā)明的目的之三旨在，旨在提供一種有效節(jié)省反應氣體量、降低生產成本的硅烷尾氣處理裝置及硅烷尾氣處理方法。本發(fā)明的硅烷尾氣處理裝置具備燃燒筒，其特征在于，所述燃燒筒具備:進氣口，用于通入以硅烷氣體為主要成分的硅烷尾氣；第一反應氣體通入口，用于通入第一反應氣體；第二反應氣體通入口，用于通入第二反應氣體；排氣口，用于排出所述硅烷氣體與所述第一反應氣體和第二反應氣體反應之后的氣體，其中，上述第一反應氣體通入口和上述第二反應氣體通入口分開設置，并且上述第一反應氣體通入口設置在比上述第二反應氣體通入口更靠近進氣口的位置。優(yōu)選地，所述燃燒筒中還具備氣體流速降低裝置，所述氣體流速降低裝置用于降低燃燒筒中氣體的流速以增加氣體在燃燒筒內的行程。優(yōu)選地，上述氣體流速降低裝置是設置成為迷宮型的擋板。優(yōu)選地，上述第一反應氣體通入口是用于通入氮氣的通入口，上述第一反應氣體通入口是用于通入壓縮空氣的通入口。優(yōu)選地，所述擋板為直線型的擋板。優(yōu)選地，所述擋板為曲線型的擋板。優(yōu)選地，所述擋板間的截面積是所述進氣口的截面積的3倍以上。優(yōu)選地，所述擋板的彎曲拐角角度在90度以上。優(yōu)選地，在所述燃燒筒的剖視上來看所述排氣口的位置高于所述進氣口。優(yōu)選地，所述燃燒筒由能耐受300度以上的溫度材料構成。優(yōu)選地，所述燃燒筒由不銹鋼構成。優(yōu)選地，所述燃燒筒還具備確保燃燒筒內燃燒氣體與外界隔離的密封圈和螺栓。優(yōu)選地，所述硅烷尾氣處理裝置還具備控制裝置，所述控制裝置包括:浮子流量計，用于測定氣體流量；對射式光電傳感器，在所述浮子流量計測定到氣體流量異常時被觸發(fā)；以及PLC控制器,用于在所述對射式光電傳感器被觸發(fā)時產生輸出信號以使所述娃燒尾氣處理裝置停止工作。優(yōu)選地，所述控制裝置還具備報警裝置，所述報警裝置在所述PLC控制器使硅烷尾氣處理裝置停止工作的同時發(fā)出報警通知。利用本發(fā)明的硅烷尾氣處理裝置，通過分隔地通入氮氣和壓縮空氣，遵循先稀釋再燃燒，能夠避免因高濃度大流量硅烷排放時發(fā)生過爆鳴的危險。而且，通過設置氣體流速降低裝置，能夠增加氣體流程，使得硅烷成分充分地得到燃燒，能夠有效地清除CVD裝置尾氣中的硅烷成分。同時由于硅烷尾氣通過氣體流速降低裝置流速被大大降低，尾氣中粉塵顆粒大多數(shù)沉降在燃燒筒中間三分之一區(qū)域，這種情況下，由于燃燒筒的排氣口的位置設置得較高，就不會有粉塵堵塞排氣口造成爆炸的危險。進一步，通過進一步設置控制裝置，能夠在CVD裝置工藝進行時才打開硅烷尾氣處理裝置，而且能夠根據(jù)需要來調節(jié)氮氣和壓縮空氣的流量，因此，能夠降低氮氣和壓縮空氣的成本。另外，在氮氣或壓縮空氣流量發(fā)生異常的情況下能夠停止硅烷尾氣處理裝置并且進行報警通知，由此，能夠更進一步提高操作的安全性和便捷性。本發(fā)明的硅烷尾氣處理方法，是利用上述硅烷尾氣處理裝置進行處理硅烷尾氣的方法，包括下述步驟:向燃燒筒通入以硅烷為主要成分的尾氣的進氣步驟；向燃燒筒內通入壓縮空氣以稀釋所述尾氣的稀釋步驟；向燃燒筒內通入氮氣以使得與利用所述稀釋步驟稀釋后的硅烷充分燃燒的燃燒步驟；利用所述氣體流速降低裝置使得燃燒步驟燃燒后得到的物質降的沉降步驟；以及將經過上述各步驟得到的氣體排出的排氣步驟。優(yōu)選地，在所述稀釋步驟中，通入的氮氣是硅烷尾氣流量的20倍以上。優(yōu)選地，在所述燃燒步驟中，通入的壓縮空氣是硅烷尾氣流量的20倍以上。利用本發(fā)明的硅烷尾氣處理方法，遵循先稀釋再燃燒，能夠避免因高濃度大流量硅烷排放時發(fā)生過爆鳴的危險。通過將硅烷尾氣稀釋到濃度在5%以下，能夠避免硅烷濃度過高、總量過大時發(fā)生劇烈燃燒甚至保證的危險。通過通入充足的壓縮空氣，使得稀釋后的硅烷尾氣得到充分地燃燒，能夠完全地去除CVD裝置尾氣中含有的硅烷成分。


圖1是本發(fā)明第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置的示意性的俯視圖。圖2是本發(fā)明第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置的示意性的剖視圖。圖3是本發(fā)明第二實施方式的硅烷尾氣處理裝置具有的控制裝置的概要示意圖。
具體實施例方式下面介紹的是本發(fā)明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認本發(fā)明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。圖1是本發(fā)明第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置的示意性的俯視圖。圖2是本發(fā)明第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置的示意性的剖視圖。如圖1、圖2所示，本發(fā)明第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置主要包括燃燒筒100，所述燃燒100筒具備進氣口 101、第一反應氣體通入口 102、第二反應氣體通入口 103、以及排氣口 104。在以硅烷為主要反應氣體的CVD裝置的尾氣排氣上接入本發(fā)明第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置的進氣口 101，這樣硅烷尾氣從進氣口 101進入到燃燒筒100。如圖1所示，第一反應氣體通入口 102設置在比第二反應氣體通入口 103更靠近進氣101 口的位置。從第一反應氣體通入口 102向燃燒筒100通入足量的氮氣，從第二反應氣體通入口 103向燃燒筒100通入足量的壓縮空氣。這樣，硅烷尾氣首先被通入的足量的氮氣稀釋，此后，被稀釋的硅烷尾氣與通入的壓縮空氣進行充分燃燒。如此，從CVD裝置排出的高濃度硅烷成分能夠在壓縮空氣中得到充分燃燒，其中，主要是硅烷和高壓空氣中的氧氣發(fā)生反應，燃燒后產生的二氧化硅(粉末狀)在燃燒筒100底部沉降，產生的水汽和不含硅烷的廢氣通過排氣口 104排入工廠排氣管路，然后再經氣體水洗凈化處理后可排至大氣。如上所述，通過將氮氣和壓縮空氣分別從第一反應氣體通入口 102和第二反應氣體通入口 103分隔地通入到燃燒筒100中，而且遵循先稀釋后反應的原則，在高濃度、大流量硅烷尾氣排放時，能夠可靠地進行處理，不會產生爆鳴現(xiàn)象。
這里，關于壓縮空氣和氮氣的流量，本發(fā)明申請的發(fā)明人通過精銳的研究得知，在硅烷濃度在5%以下時其能夠得到充分燃燒，據(jù)此，從第一反應氣體通入口 102通入的氮氣的流量最好是硅烷尾氣流量的20倍以上，從第二反應氣體通入口 103通入的空氣的流量最好是硅烷尾氣流量的20倍以上。另外，為了使得硅烷尾氣與氮氣、壓縮空氣充分反應，如圖1、2所示還可以進一步在燃燒筒100內設置氣體流速降低裝置105。該氣體流速降低裝置105能夠降低氣體流速以增加各氣體在燃燒筒內的氣體行程，能夠使得硅烷尾氣得到充分燃燒。作為氣體流速降低裝置105的實施方式，可以設置為圖1中所示的迷宮式擋板。該迷宮式擋板的各個擋板可以是直線型的擋板，也可以是彎曲式的擋板。在直線型的擋板的情況下，氣體流動至擋板邊緣處需要180度的拐彎，因此，能夠有效降低氣體的流速。另一方面，還可以通過增加擋板個數(shù)或者增加擋板的拐彎數(shù)目來增加氣體流程。當然，擋板數(shù)目也不可以過多，若是直線型的擋板，則最好是擋板間的截面積是進氣口 101截面積的3倍以上。若是彎曲型的擋板，則最好拐彎的角度在90度以上。如圖2所示，從燃燒筒100的剖視面來看，排氣口 104的位置設定為高于進氣口101。在迷宮型擋板的作用下，硅烷尾氣流速倍大量降低，而且尾氣中粉塵顆粒大多數(shù)沉降在燃燒筒中間三分之一區(qū)域，這樣，即使有大量粉塵沉降在排氣口 104附近，但由于燃燒筒100的排氣口 104的位置設置得較高，因此，粉塵不會堵塞排氣口 104，因而消除了因粉塵堵塞排氣口而導致爆炸的隱患。關于其它設置，在進氣口 101的附近設置有用于對通過進氣口 101進入燃燒筒100的硅烷尾氣的壓力進行檢測的入口壓力檢測器106。入口壓力檢測器106能夠實時地對輸入的硅烷尾氣的壓力進行檢測。另外，在上述燃燒筒100上還具備用于確保燃燒筒內燃燒的氣體與外界有效隔離的密封圈201和螺栓202。利用密封圈201和螺栓202，能夠更進一步提高燃燒筒100的安全性。再者，關于燃燒筒100的材料，為了確保硅烷尾氣在燃燒筒中內安全燃燒，燃燒筒100本身需要耐受高溫，因此，最好采用能耐受例如300度以上高溫的材料。考慮到制造成本和方便性，例如可以采用不銹鋼來構成。如上所述，利用本發(fā)發(fā)明的硅烷尾氣處理裝置，通過分隔地通入氮氣和壓縮空氣，按照先稀釋再燃燒的原則，能夠避免因高濃度大流量硅烷排放時存在的爆鳴危險。而且，通過設置氣體流速降低裝置105，能夠增加氣體流程，使得硅烷成分充分地得到燃燒，能夠有效地清除CVD裝置尾氣中的硅烷成分，同時硅烷尾氣通過氣體流速降低裝置105流速被大大降低，尾氣中粉塵顆粒大多數(shù)沉降在燃燒筒100中間三分之一區(qū)域，而且由于燃燒筒100的排氣口 104的位置設置得較高，就不會有粉塵堵塞排氣口 104造成爆炸的危險。第二實施方式本發(fā)明的第二實施方式是在上述第一實施方式的硅烷尾氣處理裝置的基礎上進一步具備控制裝置200，除此之外的設置與第一實施方式相同。圖3是本發(fā)明第二實施方式的硅烷尾氣處理裝置具有的控制裝置200的概要示意圖。如圖3所示，控制裝置200具備浮子流量計201、對射式光電傳感器201以及PLC控制器203(未圖示)。
PLC控制器203被輸入控制裝置運行信號、壓縮空氣流量輸入信號、氮氣流量輸入信號、入口壓力過壓輸入信號(由入口壓力檢測器106提供)，PLC控制器203在對射式光電傳感器202被觸發(fā)時產生輸出信號以使硅烷尾氣處理裝置停止工作。具體地，浮子流量計201用于對氣體流量進行監(jiān)測，對射式光電傳感器202設置在浮子流量計201的兩側，當輸入流量正常時，浮子流量計201中的浮子懸浮在光內設定流量附近，阻擋了對射式光電傳感器202的光，此時，對射式光電傳感器202無輸出信號，則PLC控制器203正常工作。當氣流流量異常時，浮子流量計201內浮子離開設定流量值附近，則觸發(fā)對射式光電傳感器202，PLC控制器會延遲一會再次監(jiān)測對射式光電傳感器202的信號，如仍有觸發(fā)，即認為流量異常，PLC控制器203會立即有輸出信號到硅烷尾氣處理裝置，通知硅烷尾氣處理裝置停止作業(yè)。利用本實施方式的硅烷尾氣處理裝置，通過設置控制裝置200，能夠在CVD裝置的實施工藝時才打開本發(fā)明的硅烷尾氣處理裝置，而且可以利用浮子流量計201監(jiān)測氣體流量，能夠根據(jù)需要調節(jié)氮氣和壓縮空氣的流量，由此，能夠降低氮氣和壓縮空氣的成本。在此基礎上，在上述控制裝置200中還能夠進一步設置報警裝置204(未圖示)。在所述PLC控制器203使得硅烷尾氣處理裝置停止工作的同時報警裝置204通過聲音等提示方式發(fā)出報警通知，以通知工作人員發(fā)生異常情況。由此，能夠更進一步提高作業(yè)的安全性和可靠性。以上例子主要說明了本發(fā)明的硅烷尾氣處理裝置及硅烷尾氣處理方法。盡管只對其中一些本發(fā)明的實施方式進行了描述，但是本領域普通技術人員應當了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權利要求
1.一種硅烷尾氣處理裝置，具備燃燒筒，其特征在于， 所述燃燒筒具備: 進氣口，用于通入以硅烷氣體為主要成分的硅烷尾氣， 第一反應氣體通入口，用于通入第一反應氣體， 第二反應氣體通入口，用于通入第二反應氣體， 排氣口，用于排出所述硅烷氣體與所述第一反應氣體和第二反應氣體反應之后的氣體， 其中，上述第一反應氣體通入口和上述第二反應氣體通入口分開設置，并且上述第一反應氣體通入口設置在比上述第二反應氣體通入口更靠近進氣口的位置。
2.按權利要求1所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述燃燒筒中還具備氣體流速降低裝置， 所述氣體流速降低裝置用于降低燃燒筒中氣體的流速以增加氣體在燃燒筒內的行程。
3.按權利要求1所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 上述氣體流速降低裝置是設置成為迷宮型的擋板。
4.按權利要求1所述的硅烷尾 氣處理裝置，其特征在于， 上述第一反應氣體通入口是用于通入氮氣的通入口，上述第一反應氣體通入口是用于通入壓縮空氣的通入口。
5.按權利要求3所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述擋板為直線型的擋板。
6.按權利要求3所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述擋板為曲線型的擋板。
7.按權利要求5所述硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述擋板間的截面積是所述進氣口的截面積的3倍以上。
8.按權利要求6所述硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述擋板的彎曲拐角角度在90度以上。
9.按權利要求4所述硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 在所述燃燒筒的剖視上來看所述排氣口的位置高于所述進氣口。
10.按權利要求4所述硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述燃燒筒由能耐受300度以上溫度的材料構成。
11.按權利要求10所述硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述燃燒筒由不銹鋼構成。
12.按權利要求4所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述燃燒筒還具備確保燃燒筒內燃燒氣體與外界隔離的密封圈和螺栓。
13.按權利要求1 12任意一項所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于， 所述硅烷尾氣處理裝置還具備控制裝置， 所述控制裝置包括: 浮子流量計，用于測定氣體流量； 對射式光電傳感器，在所述浮子流量計測定到氣體流量異常時被觸發(fā)；以及 PLC控制器,用于在所述對射式光電傳感器被觸發(fā)時產生輸出信號以使所述娃燒尾氣處理裝置停止工作。
14.按權利要求11所述的硅烷尾氣處理裝置，其特征在于 所述控制裝置還具備報警裝置， 所述報警裝置在所述PLC控制器使硅烷尾氣處理裝置停止工作的同時發(fā)出報警通知。
15.一種硅烷尾氣處理方法，是利用權利要求1 12任意一項所述的硅烷尾氣處理裝置進行處理硅烷尾氣的方法，包括下述步驟: 向燃燒筒通入以硅烷為主要成分的尾氣的進氣步驟； 向燃燒筒內通入壓縮空氣以稀釋所述尾氣的稀釋步驟； 向燃燒筒內通入氮氣以使得與利用所述稀釋步驟稀釋后的硅烷充分燃燒的燃燒步驟； 利用所述氣體流速降低裝置使得燃燒步驟燃燒后得到的物質降的沉降步驟；以及 將經過上述各步驟得到的氣體排出的排氣步驟。
16.按權利要求15上述的娃燒尾氣處理方法,其特征在于， 在所述稀釋步驟中，通入的氮氣是硅烷尾氣流量的20倍以上，在所述燃燒步驟中，通入的壓縮空氣是硅烷尾氣流量的20倍以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及硅烷尾氣處理裝置及其處理方法。該硅烷尾氣處理裝置具備燃燒筒，所述燃燒筒具備進氣口，用于通入以硅烷氣體為主要成分的硅烷尾氣；第一反應氣體通入口，用于通入第一反應氣體；第二反應氣體通入口，用于通入第二反應氣體；排氣口，用于排出所述硅烷氣體與所述第一反應氣體和第二反應氣體反應之后的氣體，其中，上述第一反應氣體通入口和上述第二反應氣體通入口分開設置，并且上述第一反應氣體通入口設置在比上述第二反應氣體通入口更靠近進氣口的位置。另外，還設置有氣體流速降低裝置。利用本發(fā)明的硅烷尾氣處理裝置及其方法能夠對硅烷尾氣進行完全地處理，提高工藝的安全性。
文檔編號F23G7/06GK103090399SQ201110347328
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月28日 優(yōu)先權日2011年10月28日
發(fā)明者吳嘯, 馮金良, 梁浩, 范建超 申請人:無錫華潤華晶微電子有限公司