【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体外延设备，具体涉及一种用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构及其应用。
技术介绍
1、金属有机化学气相沉积(metal organic chemical vapor deposition，mocvd)设备，特别涉及到制备低温化合物半导体镓砷(gaas)、铟磷(inp)或多元半导体镓砷铟磷(gainasp)等功能结构材料的制备。小型机(如单片或三片)适用于半导体领域实验室设备，中大型机(三片或数十片机)适用于规模化工业生产，如激光通讯、激光传感、激光加工上游芯片外延生产等。因此，功能结构材料的制备是目前化合物半导体外延材料生产和研究的关键设备，是当前生产半导体光电器件和微波器件材料的主要手段，应用领域广泛。
2、mocvd生长是一种非平衡生长技术，利用带有金属原子的如烷基类有机源反应物(如mo源)和氢化物(如砷烷、磷烷等)通过氮气或氢气载气携带到反应室内，在一定压力、温度条件(低温化合物半导体生产温度约600℃)下，在基底上沉积外延生成化合物半导体薄膜。
3、根据需制备的镓砷系化合物半导体材料的不同工艺，设计出适合反应室的关键排气尾气高效处理系统十分关键，一直是mocvd设备维持长周期生产的设计难题。排气尾气高效处理系统由两大结构组成：尾气系统的气体输运结构和功能处理结构。在镓砷系化合物半导体材料生产中，尾气系统的气体输运结构要解决的是尾气输运长生产周期通畅。而尾气系统的功能处理结构要解决的是尾气处理功能长生产周期不饱和。该半导体外延设备尾气系统的功能处理结构，既具有制备镓砷系化合物半导体
4、目前国内主流的镓砷系低温化合物半导体外延设备mocvd系统是以进口mocvd设备为主。一是利用早期高温镓氮mocvd机台，即电阻加热的mocvd机台或者高频感应加热的mocvd机台做适当有机源气路改动后生长镓砷系低温化合物半导体，其带来的问题是尾气抽气系统因原始设计的种种弊端，尾气部分原设计尾气系统在生长镓砷系低温化合物半导体材料时，外延3～5炉或砷量8千～1万克时，尾气系统的气体输运结构呈多点尾气中固态物析出，出现结块堵塞排气通道的情况。尾气系统的功能处理结构的过滤罐和磷阱过早饱和，导致生长室内压力不稳，导致得拆洗剧毒含砷及砷化物的管道、阀门、过滤罐、磷阱等组件，设备维护保养频繁(3～5天)，这对于数十上百台mocvd的半导体材料制备企业是很繁重的事情，生产成本更是高企，人力物力耗费巨大。这对于生产设备是致命的缺陷。进口或少量国产针对镓砷系低温化合物半导体材料的专用mocvd外延设备也存在着维保周期短，外延产能不足的问题。这也成了国内半导体材料制备行业mocvd生产设备的普遍难题和瓶颈。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构及其应用，该尾气处理装置通过优化滤罐和磷阱的结构，以解决尾气处理功能长生产周期不饱和和设备维护困难等技术问题。
2、本公开的第一个方面提供了一种用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，包括：尾气过滤罐，包括：第一罐体和第二罐体，其中，第一罐体与第二罐体固定连接，第一罐体包括尾气入口、锥形端盖、制冷介质第一进出口、双层冷却盘管、中心管和第一外筒体；尾气入口和制冷介质第一进出口分别设置在锥形端盖上；双层冷却盘管设置在第一外筒体内，中心管设置在双层冷却盘管内；第二罐体包括过滤滤芯、尾气输出管道和第二外筒体，过滤滤芯设置在第二外筒体内，尾气输出管道设置在第二外筒体上；并联双磷阱，与尾气过滤罐通过尾气传输管道连接，包括：第一尾气输入管道、制冷介质第二进出口、制冷介质第三进出口、第一磷阱、第二磷阱、捕集盘管、磷阱罐体和磷阱尾气输出管道，其中，第一尾气输入管道与尾气输出管道通过尾气传输管道连接，第一磷阱和第二磷阱设置在磷阱罐体内且彼此并联设置，制冷介质第二进出口与第一磷阱连接，制冷介质第三进出口与第二磷阱连接，磷阱尾气输出管道设置在磷阱罐体上。
3、进一步地，双层冷却盘管为锥形双层冷却盘管。
4、进一步地，第一罐体还包括碟状挡板，设置在双层冷却盘管一侧。
5、进一步地，第一罐体还包括：第一电阻加热包，设置在锥形端盖的外表面。
6、进一步地，第一罐体还包括：绝缘结构，设置在制冷介质第一进出口和锥形端盖之间，用于阻挡制冷介质第一进出口与锥形端盖之间的热交换。
7、进一步地，第二罐体还包括：第二电阻加热包，设置在尾气输出管道的外表面。
8、进一步地，过滤滤芯为星形多褶皱滤芯结构。
9、进一步地，该结构还包括：第一制冷机，与制冷介质第一进出口连接，用于向第一外筒体内输入低温介质；第二制冷机，与制冷介质第二进出口和制冷介质第三进出口连接，用于向磷阱罐体内输入低温介质。
10、进一步地，并联双磷阱还包括：第三电阻加热包和第四电阻加热包；其中，第三电阻加热包设置在第一尾气输入管道的外表面，第四电阻加热包设置在磷阱尾气输出管道的外表面。
11、本公开的第二个方面提供了一种本公开第一个方面提供的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构在半导体外延设备上的应用。
12、本公开提供了一种用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构及其应用，该气体处理结构根据镓砷系化合物半导体材料制备中的含砷、砷化物以及多元化合物尾气颗粒冷凝捕集和过滤特点，对尾气过滤罐和并联双磷阱进行合理设计，实现了原mocvd机台内部空间利用最大化。本公开特殊设计的尾气过滤罐的尾气冷凝过滤能力是原设计处理能力的6倍及以上，并联双磷阱对磷及磷化物的处理能力也与尾气过滤罐处理量匹配提高。以及，尾气冷凝过滤实践证明：该气体处理结构在砷量5万克时才接近饱和，维护保养周期在一个半月及以上，使得生产成本大幅降低，也节省了人力物力，显著地提升了mocvd设备生长室的腔压稳定性，提高了镓砷系化合物半导体材料制备的参数指标和良品率。
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1.一种用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述双层冷却盘管(314)为锥形双层冷却盘管。
3.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第一罐体(31)还包括碟状挡板(317)，设置在所述双层冷却盘管(314)一侧。
4.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第一罐体(31)还包括：第一电阻加热包(318)，设置在所述锥形端盖(312)的外表面。
5.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第一罐体(31)还包括：绝缘结构，设置在所述制冷介质第一进出口(313)和所述锥形端盖(312)之间，用于阻挡所述制冷介质第一进出口(313)与所述锥形端盖(312)之间的热交换。
6.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第二罐体(32)还包括：第二电阻加热包(324)，设置在
7.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述过滤滤芯(321)为星形多褶皱织物滤芯结构。
8.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，还包括：
9.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述并联双磷阱(6)还包括：
10.一种如权利要求1～9中任一项所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构在半导体外延设备上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述双层冷却盘管(314)为锥形双层冷却盘管。
3.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第一罐体(31)还包括碟状挡板(317)，设置在所述双层冷却盘管(314)一侧。
4.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第一罐体(31)还包括：第一电阻加热包(318)，设置在所述锥形端盖(312)的外表面。
5.根据权利要求1所述的用于半导体外延设备尾气系统的气体处理结构，其特征在于，所述第一罐体(31)还包括：绝缘结构，设置在所述制冷介质第一进出口(313)和所述锥形端盖(312...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁勇，祝宁华，李明，文花顺，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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