从半导体制造工艺排出气流中去除毒气组分的设备和方法技术

一种从半导体制造过程产生的排出气流中去除至少一种酸或氢化物气体组分或其副产物的设备和方法，该设备包含对酸或氢化物气体组分具有高容量吸附亲和力的第一吸附剂床材料，对所述气体组分具有高捕获速率吸附亲和力的第二吸附剂床材料，和将过程与各吸附剂床材料进行气流连通的流径，使排出气流经各吸附剂床以降低酸或氢化物气体组分的浓度。第一吸附剂床材料优选地是碱性铜碳酸盐，第二吸附剂床优选地是ＣｕＯ、ＡｇＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ↓［３］Ｏ↓［４］、ＺｎＯ、ＭｎＯ↓［２］的至少一种或其混合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及去除半导体制造工艺排出的毒气组分的方法和设备。相关领域描述在半导体制造中，氢化物和酸气体的有毒、可燃和腐蚀性质，除了危害排气系统的完整性外，还带来相当大的健康和环境危害。材料气体，如BF3、AsH3和PH3是用于离子注入方法中的主要注入气体。也使用其他气体，如SiF4、GeF4、(hfac)In(CH3)2和Br2Sb(CH3)等。在MOVPE/PECVD情况下，气体如SiH4、SiF4、NH3、AsH3和PH3通过电隔离装置被输送至过程室。在沉积过程中AsH3或PH3以高流量通入，以分别提供GaAs或GaP的原子As或P。HCl可在Ga金属表面流过，提供作为GaN的原子Ga的前体GaCl。从SiH4沉积出外延介电质。HCl和HF可通过在等离子体流中产生自由基而用于室的清洁，这两种气体流到室中积聚了过量膜的区域。自由基与沉积膜反应产生气态副产物。然后从室中去除该副产物并作为排出气排出。正在进行的集中于减少半导体生产过程排出气中所述毒气排放量的研究，包括去除毒气方法的优化。现今的方法包括多种热、湿和/或干燥净化操作。热净化器使氧化剂(几乎总是空气)与过程排出气流中的目标组分(如AsH3、PH3等)反应生成目标组分的氧化产物(如As2O3、P2O5等)。然后让气流与气体吸收柱(水净气器)接触而从排出气流中去除这些氧化产物。这个系统的缺点是(a)它是能耗很大的，因为它需要大量电力和/或燃料，如H2或CH4，(b)它需要水，(c)当它净化含胂化合物时产生有害的水相废液。排出气流的湿净化是将来自一具体工艺的排出气与净化液体接触，以使不需要的排出气流组分被液体吸收，或与液体反应，使气相中不好的组分去除。该净化液体经常包含氧化剂，如高锰酸钾(一种常规物质)或次氯酸钠，这会导致不合适的沉积反应。另外，湿净化系统需要消耗大量的氧化剂并导致水相废液的污染。干燥净化是将排出气与功能为对有害组分进行化学吸附或与其反应以与进行去除的固体材料接触。干燥净化将有害的被去除组分充分浓缩在吸附剂中，属于被动操作，没有移动部分并按需工作，使它成为最安全和最优选的去除操作的形式。关于离子注入过程，预计氟化酸气体通过离子注入系统后基本不发生变化，而氢化物来源的气体通过后会发生适度变化。因此高流量的未改变的酸气组分以氢化物气体组分的高毒性和允许人员接触的低浓度要求(例如，限制值(TLV)AsH3是0.05ppm，IDLH是3ppm)要求高效的排出气流处理和/或去除以去除这两种类型的气体。除了前述离子注入系统使用和操作中碰到的问题外，离子注入过程排出气流的实验测定显示由源气泵、低真空泵和低温泵再生循环的工艺系统中会大量释放有害气体。要指出的是，对干燥净化目的来说，净化酸气体如BF3和SiF4的化学要求和净化氢化物气体如AsH3、PH3和GeH4的化学要求完全不同。关于化学气相沉积(CVD)过程，一种酸气体和/或氢化物气体可与大量介质气体和过程气体(如氢)结合。使用来源于所述过程的排出气流的干燥净化是困难的，因为副反应、一般是还原性氢化反应，会在净化材料和氢在温度大约110℃至120℃时发生。该副反应一旦开始，可导致“失控”情况，净化材料中的温度会达到600℃。在从半导体排出气流中去除氢化物化合物的树脂净化材料中使用了基于氧化铜CuO、氢氧化铜Cu(OH)2和碳酸铜CuCO3的材料。虽然大多数基于铜的树脂与氢化物反应放热，CuO和Cu(OH)2材料在大量氢存在条件下、温度110℃至120℃之间可剧烈放热。例如，美国专利4,743,435、4,910,001和4,996,030公开了从MOCVD应用中用基于CuO的树脂去除氢化物气体物质。然而，基于CuO材料的去除能力受到铜表面积的限制，当企图增加CuO含量(主要是在用来形成树脂的金属氧化物的混合物中添加CuO)时，其表面积却过分地下降。另外，该材料由于吸附和氢化物气体反应可剧烈放热，而因为大部分CVD用途使用大量H2作为运载AsH3和PH3的气体，CuO材料的温度是重要的，当超过大约110℃至120℃之间的温度时，可导致CuO材料被H2还原，因此剧烈放热使温度可超过500℃至600℃.美国专利5,853,678公开了通过让有害化合物与结晶体氢氧化铜接触来去除有害、挥发性的无机氢化物、无机卤化物和有机金属化合物的方法。然而，与基于CuO的材料类似，基于结晶体氢氧化铜Cu(OH)2的材料与氢化物气体反应也导致同CuO几乎相同温度条件下的H2还原反应。日本公开专利JP1996059391A公开了去除含有相同组分的废流中的V族物质方法，是将V族物质与碱性碳酸铜CuCO3·Cu(OH)2接触。碱性碳酸铜进行H2还原反应的温度高于CuO和Cu(OH)2。因此本领域需要一个重大进步以提供一种能够处理酸、氢化物和/或金属有机化合物气体的去除系统、它能去除或至少减少前述常规CuO和Cu(OH)2处理方法的缺点，这就是本专利技术的一个目的。本专利技术的另一个目的是提供一种处理包含酸、氢化物和/或金属有机化合物气体组分、其操作温度条件可高于100℃的排出气流的改进系统。本专利技术的另一目的是提供一种处理包含酸、氢化物和/或金属有机化合物气体组分的排出气流的安全、低成本、高容量、高效率系统。其他目的和优点从下面的叙述和所附的权利要求中会更加显而易见。专利技术概述在一个方面，本专利技术涉及一种从半导体制造过程产生的排出气流中去除至少一种毒气组分或其副产物的设备，所述设备包含第一吸附剂床材料，具有大表面积和对至少一种毒气组分具有物理吸附亲和力；第二吸附剂床材料，对所述至少一种毒气组分具有高容量吸附亲和力；第三吸附剂床材料，对至少一种毒气组分具有高捕获速率吸附亲和力；和一种将该过程与各吸附剂床材料进行气流连通的流径，使排出气流与第一吸附剂床材料接触后再与第二和第三吸附剂床材料接触，从排出气流中至少部分去除至少一种毒气组分。在另一方面，本专利技术涉及一种从半导体制造过程产生的排出气流中去除至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物的设备，所述设备包含第一吸附剂床材料，具有大表面积和对至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物具有物理吸附亲和力；第二吸附剂床材料，对所述至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物具有高容量吸附亲和力；第三吸附剂床材料，对至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物具有高捕获速率的吸附亲和力；和一种将该过程与各吸附剂床材料进行气流连通的流径，使排出气流在与第二和第三吸附剂床材料接触之前与第一吸附剂床材料接触，从排出气流中至少部分去除至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物。在另一方面，本专利技术涉及从半导体制造过程产生的排出气流中去除至少一种毒气组分或其副产物的一种多层干树脂吸附系统，包含第一吸附剂床材料，具有大表面积和对至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物具有物理吸附亲和力；第二吸附剂床材料，对所述至少一种酸或氢化物气体组分具有高容量吸附亲和力；第三吸附剂床材料，对至少一种酸或氢化物气体组分具有高捕获速率的吸附亲和力；和一种将该过程与各吸附剂床材料进行气流连通的流径，使排出气流在与第二和第三吸附剂床材料接触之前与第一吸附剂床材料接触，从排出气流中至少部分去除至少一种酸气体、氢化物气体或其副产物。在另一方面，本专利技术涉及从含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从半导体制造过程产生的排出气流中去除至少一种毒气组分或其副产物的设备，其特征在于，所述设备包含：第一吸附剂床材料，它对所述至少一种毒气组分具有高容量吸附亲和力；　第二吸附剂床材料，它对所述至少一种毒气组分具有高捕获速率； 一种将过程中各吸附剂床材料进行气流连通的流径，使排出气流先接触第一吸附剂床材料，再接触第二吸附剂床材料，从排出气流中至少部分去除至少一种毒气组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JD斯威尼，PJ马根斯基，WK奥兰德，
申请(专利权)人：应用材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]