[发明专利]一种应用于氢气退火炉反应管的密封及废气处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及电子半导体工艺专用装备技术领域，尤其涉及一种应用于氢气退火炉反应管的密封及废气处理装置。

背景技术

随着集成电路进入特征线宽0.13um和0.08um的超大规模集成电路（VLSI）时代，人们对硅片的质量提出了更高的要求，即要求硅片的晶格缺陷更少以及对器件有害的杂质含量更低。在集成电路制造中，当硅中晶格缺陷的线度达到集成电路特征线宽的1/3以上时，就能成为致命的缺陷，导致器件失效。研究表明，硅中很多晶格缺陷大部分与氧有关，对于硅单晶，由于石英坩埚与熔融硅的作用，使氧进入硅单晶并处于过饱和状态，在器件加工过程中，过饱和的氧容易凝聚，形成诸如氧化层位错、氧沉淀等缺陷（BMD）。这些缺陷若处于器件的有源区，则会导致器件失效。此外，近十年来研究发现的硅中更微小的原生缺陷如晶体的原生颗粒缺陷（COP）、激光散射层析缺陷（LSTD）等，都与硅中的氧有关。提升硅片质量的关键是制作器件的硅表层中形成低氧区，以减少晶格缺陷。途径之一就是采用氢气退火工艺，在氢气中进行高温退火，通过氢促进氧的外扩散，与氧反应将氧消耗掉，使硅片表层形成低氧区，以改善硅片质量。研究表明，氢气退火能降低硅片中氧化层错密度约一个数量级，对于减少硅片COP、LSTD等缺陷也有明显效果。此外，在半导体器件表面金属化以后也常采用氢气退火工艺，这样可以减少孔隙率，增加镀层的致密度，增强电镀层与底层金属的结合力，以保证硅和金属之间形成良好欧姆接触，如在光伏电池生产中，采用退火工艺可有效降低电池Rs，提高FF，特别是对背Al电极工艺出了问题，接触电阻偏高的电池片，可以试用FOG氢气退火来弥补。

氢气退火炉的安全性至关重要，这主要是由于在工艺过程中采用了易燃、易爆的氢气作为工艺气体，稍有不慎即有可能发生着火或爆炸事故。空气中氢气的爆炸极限为4%-72%，且着火点低，因此，安全使用氢气进行退火工艺的核心就是让氢气和氧气隔离或使混合气体无法达到爆炸极限。传统的氢气退火炉使用混合性气体，一般由量大的氮气与量小的氢气所组成（N：96%，O：4%），用这种混合性气体替换工艺腔的氢气流，通过混合性气体中微量氢气与硅片中的氧发生反应，使硅片表层形成低氧区。这种混合性气体具有非易爆性，属于安全气体，很多场合可以跟氮气一样来对待，对反应管的密封无特殊要求。氢气退火形成的低氧区的质量和厚度除受退火温度和退火时间影响外，还与氢气浓度相关，氢气纯度越高，杂质越容易从金属表面逸出，杂质去除的速度越快，效果越好，随着现代半导体器件的发展，纯氢气退火的需求越来越多。在纯氢气退火中，反应管中的氢气纯度高达99.99%以上，一般情况下氮气不进入反应管（氮气仅用来吹扫退火空间，只有在故障处理等紧急情况下才用氮气对反应管退火空间进行吹扫或充当保护气体继续完成退火过程）。保证纯氢气退火的安全性的关键在于，一方面要实现氢气退火炉反应管在高温环境下的可靠密封，防止氢气泄漏，另一方面，须对工艺过程残余氢气进行处理，以防止废气中残余氢气聚集达到爆炸极限而发生安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种密封可靠、能实现废气处理且结构简单的应用于氢气退火炉反应管的密封及废气处理装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种应用于氢气退火炉反应管的密封及废气处理装置，包括与反应管内部连通以排放废气的排气法兰，所述排气法兰固定套装于反应管管口，一端与炉门密封抵接，另一端同轴紧贴水冷法兰，所述水冷法兰紧贴排气法兰的一端面开设锥形槽，所述锥形槽与水冷法兰同轴布置且大端朝外，所述锥形槽的锥形面与排气法兰、反应管外壁围成锥形环腔，所述锥形环腔内装设第一密封圈，所述第一密封圈与锥形槽的锥形面、排气法兰以及反应管外壁均抵接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述水冷法兰远离排气法兰的一端同轴紧贴辅助法兰，所述水冷法兰紧贴辅助法兰的一端开设另一锥形槽，所述锥形槽的锥形面与辅助法兰、反应管外壁围成锥形空腔，所述锥形空腔内装设第二密封圈，所述第二密封圈与锥形槽、辅助法兰以及反应管管壁均抵接。

所述水冷法兰内部设有冷却水进口、冷却水出口以及连通进、出口的冷却通道，所述冷却通道为平行于第一密封圈、第二密封圈的环形密闭回路。

所述炉门上设有炉门密封圈，所述炉门与排气法兰之间通过炉门密封圈密封抵接。

所述排气法兰内部设有将排气法兰抵靠于反应管端部的止口，所述排气法兰、水冷法兰和辅助法兰通过紧固件同轴紧固连接。