[发明专利]一种带有氮气保护的三氯氢硅或四氯化硅工艺系统的控制管路

说明书

技术领域

本发明涉及一种外延工艺中三氯硅烷(TCS)供应系统的控制管路。本系统是一种气体分配装置同时连接TCS液罐和鼓泡器，可以通过鼓泡器为供给外延炉，也可以直接使用TCS液罐作为鼓泡器向外延炉供气，同时利用本系统通过阀门组合的闭合可以达到管路清洁、吹扫、气体置换等多种功能。在连接位置断开时，本系统可以用氮气吹扫管路，避免空气中的水汽的有害物质进入管路，污染和降低寿命降低。本系统不仅可以满足外延工艺TCS供应系统，而且可以满足其它的工艺需要气化的化学液体。 

技术背景： 

三氯硅烷简称TCS，是一种硅外延中常用的液体，三氯硅烷在常温常压下为具有刺激性恶臭易流动易挥发的无色透明液体。在空气中极易燃烧，在-18℃以下也有着火的危险，遇明火则强烈燃烧，燃烧时发出红色火焰和白色烟，生成SiO₂、HCl和Cl₂。三氯硅烷的蒸气能与空气形成浓度范围很宽的爆炸性混合气，受热时引起猛烈的爆炸。遇潮气时发烟，与水激烈反应。三氯硅烷的蒸气和液体都能对眼睛和皮肤引起灼伤，吸入后刺激呼吸道粘膜引起各种症状。所以在使用TCS时，必须注意TCS的安全控制。 

由于TCS毒性很强、且不能暴露在空气中，正常的TCS检测是将TCS液体封入石英管内然后在氮气保护下测量其红外光谱。对于外延用TCS，考虑到员工的人身安全，很难做到对TCS的来料检测。 

在外延工艺中利用H₂作为载体将TCS气化，然后输入到沉积腔内作为硅源。外延工艺中，为保证外延层的一致性，必须保证整个沉积过程TCS均匀供应。现行的外延工艺是将氢气通入TCS液体中，然后利用氢气在液体中形成的气泡将TCS气化，利用氢气作为载体将TCS带入外延炉内。为了保证TCS供应的稳定性，TCS鼓泡器的设计必须保证TCS液体温度、内部压力和气泡上升的高度的稳定。以获得稳定的TCS气体流量。

纯度达不到要求的TCS被用来作外延沉积时，获得的外延层的电阻率就会有漂移。利用这个特点，如果将新来的TCS作本征外延，然后测量外延层的电阻率就可以判断TCS的纯度。 

利用本发明可以满足以下功能： 

1、鼓泡器向外延炉供气体TCS：通过管路阀门的闭合使得TCS通入鼓泡器。TCS在鼓泡器内被气化并通入外延炉内，这样可以以获得稳定的TCS流量。 

2、TCS质量评估：为避免劣质TCS污染鼓泡器，通过阀门切换将TCS液灌直接作为TCS鼓泡器向外延炉提供TCS气体，生长本征外延层，通过本征外延层来评估TCS质量。在确认TCS质量后，在由鼓泡器供气。 

3、管路吹扫和气体置换：避免液罐更换时管路内残余TCS直接进入空气。以及更液罐更换后管路内残余空气的置换。 

4、氮气保护：鉴于更换液罐时，部分接口敞开，环境中的水汽和杂质气体会进入管路。系统吹扫氮气，通过氮气不断的排向环境而避免环境物质进入管路。 

发明内容

本发明的目的是提供一种分配和评估三氯氢硅或四氯化硅供应系统的控制管路，该系统可以满足以下功能：通过鼓泡器向外延炉供气体TCS，对TCS作质量评估，更换TCS液灌时候的管路吹扫和气体置换，系统氮气保护(通过氮气不断的排向环境而避免环境物质进入管路，使得三氯氢硅和四氯化硅的使用变得安全可靠，同时避免的液灌更换的过程中管路中杂质的沾污)。 

为达到上述目的，系统设计了两个输出端口，五个输入端口，同时有六个接口连接厂务的氢气、氮气等工艺气体。 

系统包括两个输出端口：其中一个输出端口和外延炉的工艺气体模块连接，向外延炉提供工艺气体，另外一个为输出部分和尾气处理系统连接，这部分管路上带有文氏管的管路(文氏管的目的是用来抽真空)。 

系统包括五个输入端口：其中两个接口分别连接三氯氢硅或四氯化硅液罐上的气相输入接口和液相输出接口(液灌本身有两条钢管，其中液相输出接口连接通入液灌底部液相输出管路，气相输入接口连接通在气罐的顶部气相输入管路)；另外三个接口和鼓泡器连接(鼓泡器内有三个管子，一条管路用于外界 输入化学液，一条管路插入化学液底部用于鼓泡，一条管路在化学液的顶部输出气态的工艺气体)。 

系统和厂务供气还有六个接口连接，主要满足工艺用氢气的接入、管路保护用氮气的接入，和文氏管用普通氮气的接入。