[发明专利]用于改善废气消减的系统和方法

说明书

本公开总体上涉及用于在半导体晶片的制造期间形成的废气的燃烧消减的系统和方法。特别地，本文描述的系统能够以比现有的消减系统更高的效率和更低的能量使用燃烧污染空气的全氟化碳，包括具有高温室气体指数的全氟化碳，例如六氟乙烷(C₂F₆)和四氟甲烷(CF₄)，以及形成颗粒物的二氧化硅前体，例如硅烷(SiH₄)和四乙氧基硅烷(Si(OC₂H₅)₄，缩写为TEOS)。更具体地，并且在一个优选实施方案中，本公开针对于一种废气消减系统，其利用不可燃和可燃气体(或气体混合物)的组合进行热燃烧，所述气体被引导通过反应室的多个可渗透内表面，从而有效地燃烧废气并防止固体颗粒物质在腔室表面上的不希望的积聚。

技术领域

本公开的各方面总体上涉及用于在半导体晶片的制造期间形成的废气的燃烧消减的系统和方法。特别地，本文描述的系统的实施方案能够以比现有的消减系统更高的效率和更低的能量燃烧污染空气的全氟化碳，包括那些具有高温室气体指数的全氟化碳，例如六氟乙烷(C₂F₆)和四氟甲烷(CF₄)，以及形成颗粒物的气体，例如硅烷(SiH₄)和四乙氧基硅烷(Si(OC₂H₅)₄，缩写为TEOS)。更具体地，并且在一个优选实施方案中，本公开针对于一种废气消减系统，其利用不可燃和可燃气体的组合(或气体混合物)进行热燃烧，所述气体被引导通过反应室的多个可渗透的内表面。

背景技术

氟碳气体如六氟乙烷和四氟甲烷是全球变暖的化合物，当释放到大气中时，其具有极长的寿命。这些气体以及其它氟化气体如三氟化氮(NF₃)和六氟化硫(SF₆)在制造半导体时在硅晶片的蚀刻、改性和构造过程中使用，并且在机器的清洁期间用于制造过程中。当暴露于空气或燃烧时形成二氧化硅(SiO₂；也称为氧化硅)和其它固体的二氧化硅前体如硅烷和TEOS也用于制造硅晶片的工艺中。除了颗粒物质之外，这些氟化气体和氢化物通常用氮气从生产机器中清除，并且可以一起包括废物流。由于这些气体由废气消减系统处理以减轻对环境的影响，含硅气相分子反应而形成固体沉积物，其例如可能阻止废物流的流动，从而可能限制消减系统的性能。

设计成消减半导体制造工艺废气的系统已投入商用，并采用多种方式接收废气，氧化全氟化碳和二氧化硅前体，并最终处理排放气体以防止有害气体释放到环境中。这些现有系统通常利用来自在反应室中提供的燃料气体(例如甲烷)的热能将废物流加热到足以引起碳氟化合物反应生成CO₂和HF的水平，随后经由湿式洗涤器从废物流中除去HF并用碱处理中和。已知含有硅的气体——包括硅烷和四氟化硅(SiF4)等——产生形成固体的化合物，其产生可能积聚在反应室中并阻止废气进入腔室的颗粒物质。这种颗粒物质的积聚可能破坏废气和燃料气体的适当混合和反应，从而导致消减系统无法处理全氟化碳气体，从而使废气未经处理地通过系统。因此，固体颗粒物质的管理对于正确的废气消减至关重要。

管理固体颗粒物质积聚的一种方法是提供消减系统的频繁停机以进入内部并手动消除固体形成物的积聚。然而，这种方法是一高成本的解决方案，其既中断半导体产品的制造，又需要繁琐的安全协议以防止人员暴露于危险的废气。

在美国专利No.5,832,843中描述了另一种方法，该方法设想使用机械刮刀来从消减系统的内部去除固体。这种方法需要将机械部件暴露于高温腐蚀性气体中，从而既降低了机械强度，又减小了材料厚度，从而导致设备的早期故障。

在美国专利No.7,569,193中描述了另一种方法，该方法设想使用围绕反应室的多孔表面。该方法提供了反应室的使用，其中非反应性冷气体流过多孔表面以机械地排斥固体并防止反应室壁上的积聚。虽然这种方法可用于防止固体沉积，但是有效防止固体积聚所需的相对大量的冷气体会对废气的反应速率产生负面影响，因此需要使用额外的燃料气体来完成所需的反应。