[发明专利]一种氟基SiC-CVD晶体与薄膜生长制程尾气FTrPSA全组分回收再利用方法

说明书

本发明公开了一种氟基SiC‑CVD晶体与薄膜生长制程尾气FTrPSA全组分回收再利用方法，涉及第三代半导体材料碳化硅(SiC)晶体及薄膜外延生长过程中的尾气中有效组分的回收以及返回到半导体制程循环使用的环保领域，采取氯硅烷喷淋吸收、C2+浅冷油吸收、氯硅烷中浅冷精馏与中温变压吸附浓缩之间的耦合与循环操作来分离和提纯所需的主要有效组分C2+、SiF₄、HF、HCl、氯硅烷，甚至H₂，或返回到SiC‑CVD制程循环使用，或返回至本发明系统中循环使用，由此实现制程尾气资源的循环再利用，解决了尾气中C2+与SiF₄/HF/HCl难以分离的困难。

技术领域

本发明涉及第三代半导体材料碳化硅(SiC)晶体及薄膜外延生长过程中的尾气中含有常用的“碳源”-碳二及碳二以上轻烃类组分(C2+)如乙烯或丙烷、“硅源”如四氟化硅(SiF₄)、含氟化氢(HF)/氯化氢(HCl)有效组分的回收以及返回到半导体制程循环使用的环保领域，更具体的说是涉及一种氟基SiC-CVD(碳化硅化学气相沉积)晶体与薄膜生长制程尾气FTrPSA(全温程变压吸附)全组分回收再利用方法。

背景技术

碳化硅(SiC)作为第三代半导体材料，因其具有宽禁带、耐高温与高压、高频大功率，及耐辐射等优异特性，已广泛应用于IT及电子消费品、汽车、光伏光电、核反应堆，以及系统工作条件苛刻的航空航天与军事等领域的功率开关、变频变压、UPS等电力电子元器件，其中，外延是SiC材料得以广泛应用的关键生产步骤。

SiC晶体及薄膜外延生长制程有高温升华(PVT)、化学气相沉积(CVD)、液相生长外延(LPE)、分子束外延生长(MBE)、电子回旋共振等离子化学气相沉积(ECR-MPCVD)等，而工业上普遍采用的是具有生长温度低、生产批量大、晶体或外延薄膜均匀性好，以及操作易控制特点的CVD制程，其中，按参与反应的硅(Si)源和碳(C)源(称为“反应前驱物”)不同而又可分为无氯、含氯及同时含C/Si源的有机硅化合物的SiC-CVD晶体或外延制程。在工业上，在以乙烯或丙烷的碳二或碳二以上的轻烃(C2+)作为“C”源与含硅前驱物进行SiC-CVD反应，通常采用含氯或含氟化合物作为辅助CVD反应，比如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)或氯硅烷/氟硅烷，目的是有效阻止气相中形成SiC或Si或C颗粒并随尾气排放而损失，使得沉积效率增大或晶体/外延生长速率增加，其中，加入HF或氟硅烷(SiF₄)等含氟前驱物，不但能有效阻止气相中形成SiC等颗粒，而且能有效地进行蚀刻等辅助效用，比氯化物更有效，有时候含氟含氯化合物同时加入，效果更明显。氢气(H₂)作为载气与前驱物一起进入CVD反应炉(腔)，在一定的温度及压力下进行反应，所沉积形成晶体或在晶体衬底上的外延薄膜产品的同时，在气相中伴随反应所产生的排放尾气，其中包括参与反应的生成物H₂、CH₄、C2+、SiF₄/HF外，还有少量的氟硅酸、氯硅烷/硅烷、HCl及少量的Si粉或Si团簇或C粉等固体微小颗粒，未反应完的乙烯或丙烷等C2+、SiF₄/HF等，不参与反应的载气H₂，以及微量或痕量的其它杂质，如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)等，其中，氟硅酸不稳定，极易分解成SiF₄与HF气体。由于尾气中含有有毒有害且易燃易爆的氟硅烷(SiF₄为主)、氢气、甲烷、C2+组分，以及有腐蚀性而不易然的HF，少量的HCl，因而，对尾气处理的方法也比较特殊，尤其是在较多H₂存在情况下的C2+与氟硅烷(SiF₄)/HF/HCl之间的分离与净化，成为尾气有效组分可否回收与再利用的关键性之一的问题。

目前常用的氯/氟基SiC-CVD晶体或薄膜外延生长制程尾气进行处理的方法主要有干法吸附式和水洗式两种。