[发明专利]气体燃烧设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃烧包括至少氨的废气的设备和方法。

背景技术

在半导体器件制造中的主要步骤是在半导体基片上通过蒸气前体的化学反应形成薄膜。用于在基片上沉积薄膜的一个已知技术是化学汽相沉积(CVD)。在此技术中，过程气被提供到容纳了基片的处理室且起反应以在基片的表面上形成薄膜。

通常沉积在基片上的材料的例子是氮化镓(GaN)。氮化镓和相关的材料合金(例如InGaN、AlGaN和InGaAlN)是用于制造绿色、蓝色和白色发光器件(例如LED和激光二极管)和功率器件(例如HBT和HEMT)的化合物半导体。这些化合物半导体通常使用CVD的形式来形成，通常已知为MOCVD(金属有机化学汽相沉积)。总之，此过程涉及氨与第三族金属Ga、In和/或Al的挥发性有机金属源，例如三甲基镓(TMG)、三甲基铟(TMI)和三甲基铝(TMA)在高温下的反应，以在合适的基片材料(例如Si、SiC、蓝宝石或AIN)的晶片上形成材料的薄膜。氢气一般也存在，从而提供了用于有机金属前体和其他过程气的载体气。

在处理室内进行的沉积过程后，通常有在包含在从处理室排放的气体内的提供到处理室内的气体的残余量。例如作为氨和氢的过程气如果排放到大气中则是高度危险的，且因此在废气被通风到大气前经常提供消除设备以处理废气，以将较危险的废气成分转化为可以例如通过常规的洗气而容易地从废气中去除的种类，和/或可以安全的排放到大气的种类。

消除设备的一个已知的类型在EP-A-0819887中描述。此消除设备包括燃烧室，燃烧室具有废气燃烧喷嘴以接收待处理的废气。环形燃烧喷嘴提供在废气喷嘴外侧，且燃料和空气的气体混合物被提供到环形燃烧喷嘴以在燃烧室内形成火焰来燃烧从处理室接收的废气，以销毁废气的有害成分。

消除设备的此形式一般地位于用于从处理室抽吸废气的泵送系统的下游。为防止当废气通过时对泵送系统的损坏，典型地将氮清洗气供给到泵送系统的一个或多个清洗口以与废气一起泵送。作为结果，由消除设备接收的气体通常也含有显著的氮量。

氮是安全的且不要求消除。通过例如在EP-A-0819887中描述的设备，发现对氢的销毁和去除效率(DRE)非常高，经常超过99.99％，而氨的DRE取决于进入消除设备的废气中包含的其他气体高度地变化。氨是高度地有毒的，具有25ppm的极限阈值或TLV，且发现从消除设备排放的氨量取决于在排气内包含的气体的化学组成和相对量可能高达2400ppm。

发明内容

本发明的至少优选实施例的目的是寻求提供与在包含氨的废气中存在的其他气体和其相对量无关的以一贯高的DRE来燃烧氨的方法和设备。

在第一方面中，本发明提供了燃烧氨的方法，方法包括如下步骤：将包含变化的量的至少氨和氢的废气从室输送到连接到燃烧室的燃烧喷嘴，向室供给燃气以在室内形成燃烧火焰，和取决于从室排放的氨和氢的相对量选择地向废气添加氢，使得当废气包含氨时，被火焰燃烧的气体包含至少预先确定的量的氢。

已发现当待由火焰燃烧的气体内存在的预先确定的量的氢时，氨的销毁和去除效率(DRE)显著地提高。当废气包含氨和不足量的氢时，通过选择地将氢添加到废气以实现氨的高DRE，可以将氨的DRE维持在一贯地高水平。

在一个优选实施例中，将氢输送到喷嘴以添加到废气，其中氢优选地从绕燃烧喷嘴延伸的多个缝隙喷射到燃烧室内。在另一个优选的实施例中，氢从燃烧喷嘴的上游添加到废气，因此促进了附加的氢与废气的混合。

将氢添加到废气可以根据向室供给的气体的循环来定时。替代地，添加到废气的氢量可以根据代表了来自室的废气的化学组成的变化的接收的数据调整。例如当供给到室的气体不包含足够的氢以实现高的氨DRE时，代表了废气的化学组成变化的数据由处理工具供给。替代地，气体传感器可以位于用于将废气输送到喷嘴的导管系统内，此传感器构造为供给数据。

氢优选地添加到废气，使得被火焰燃烧的氢与氨的体积比为至少1∶1。已发现，分别具有大致为1∶1∶1和2∶1∶1的比例的氢、氨和氮的混合物可以仅使用燃烧室的引导火焰在氨的TLV以下燃烧。引导火焰典型地由例如甲烷和空气的燃料和氧化剂的混合物形成，其体积比在1∶8至1∶12之间。因此，供给到室以形成燃烧火焰的甲烷或其他燃料的量可以显著地降低，因此降低了运行成本。