[发明专利]一种基于烷烃与硅烷反应的SiC-CVD制程尾气为反应循环气FTrPSA可调节方法

说明书

本发明公开了一种基于烷烃与硅烷反应的SiC‑CVD制程尾气为反应循环气FTrPSA可调节方法，通过预处理、中温变压吸附、浅冷变压吸附浓缩、吸附净化、中浅温冷凝及中浅冷精馏诸多工序，实现以基于烷烃（甲烷或丙烷）与硅烷反应的SiC‑CVD晶体或薄膜外延生长制程尾气作为SiC‑CVD反应的循环气使用，并且可通过对循环反应气中各组分浓度及流量的调节，使得SiC晶体或薄膜的沉积效率与质量大幅度提高，既实现尾气的综合利用，又减少了尾气排放，弥补了SiC‑CVD制程尾气处理技术的空白。

技术领域

本发明涉及第三代半导体材料碳化硅（SiC）晶体及薄膜外延的CVD（化学气相沉积）生长过程中的尾气中含有常用的“碳（C）源”-甲烷（CH4）或丙烷（C3H8）与“硅（Si）源”-硅烷（SiH4），以及作为载气的氢气（H2）为主要成分的循环再利用，更具体的说是涉及一种基于烷烃与硅烷反应的SiC-CVD制程尾气为反应循环气FTrPSA（全温程变压吸附）可调节方法。

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，单晶或外延薄膜是SiC材料得以广泛应用的关键生产步骤。

SiC晶体或薄膜外延制程有高温升华（PVT）、化学气相沉积（CVD）、液相生长（LPE）、分子束生长（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生长制程，进而，不同的生长制程所产生的尾气组成也不尽相同，处理方法随之也不同。

在基于甲烷/烷烃与硅烷反应的无氯SiC-CVD晶体或薄膜外延生长制程中，通常以CH4或C3H8作为“C源”的反应前驱物，以SiH4作为“Si源”的反应前驱物，在以氢气（H2）或惰性氩气（Ar）为载气的携带下进入CVD反应腔（炉），在一定温度及压力下进行化学气相沉积反应以获得SiC晶体或衬底上的外延薄膜的生长，其中，晶体或薄膜生长质量的好坏，除了取决于反应前驱物的纯度、反应温度、压力、进料气（前驱物）流速、反应时间、反应腔结构等工艺条件外，也取决于反应前驱物之间的浓度或流量的配比，如“C/Si”进料比例为2~5:1、H2浓度50~90%等。实际操作时，一般是通过调整进料气CH4或SiH4或H2的进料量来实现“C/Si/H2”的适宜配比。而在CVD反应过程中，除了产生固体的晶体或薄膜外延产品外，在气相中仍然含有参与反应的反应生成物H2、CH4及少量的乙烷（C2H6）、Si粉或Si团簇或C粉等固体微小颗粒，还有未反应完的CH4、SiH4，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，