[发明专利]乙烯与硅烷反应的SiC-CVD无氯外延制程尾气FTrPSA回收与循环再利用方法

说明书

本发明公开了乙烯与硅烷反应的SiC‑CVD无氯外延制程尾气FTrPSA回收与循环再利用方法，属于半导体材料与半导体制程环保技术领域，以解决现有的处理的方法耗能高，成本高，不安全，大量有效组分未能有效利用，排放还带来温室效应的问题，通过预处理、中温变压吸附浓缩、浅冷变压吸附浓缩、吸附净化、氢气纯化、浅冷油吸收、中浅冷精馏、硅烷提纯与乙烯精制工序，将尾气中的氢气、硅烷、乙烯及甲烷有效组分进行了高纯度高收率的回收并返回至SiC‑CVD外延制程循环再利用，既实现尾气的有效组分全回收与循环再利用，又减少了尾气排放，弥补了SiC‑CVD外延制程尾气处理技术的空白，安全，耗能低，成本低。

技术领域

乙烯与硅烷反应的SiC-CVD无氯外延制程尾气FTrPSA回收与循环再利用方法，本发明属于半导体材料与半导体制程环保技术领域，具体涉及SiC-CVD外延制程尾气处理技术领域。

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外延制程有高温升华(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外延生长温度低、生产批量大、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外延制程，进而，不同的外延制程所产生的尾气组成也不尽相同，处理方法随之也不同。

常规的SiC-CVD无氯外延制程中，有一种工艺目前较为普遍使用，是以硅烷(SiH₄)为Si源、乙烯(C₂H₄)为C源，在氢气(H₂)或氩气(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，所产生的外延薄膜在适合的衬底或基片(通常是Si或SiC材料)上形成一层薄膜，即外延层，经处理后得到合格的SiC外延片，而在气相中含有，参与反应的生成物H₂、CH₄、含乙烷高烃等的碳二以上轻烷烃类(C²⁺)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SiH₄、C₂H₄，不参与反应的载气H₂或Ar，以及微量或痕量的其它杂质，如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)等。商业上常用H₂作为载气，可以有效提升外延效率。由于尾气中含有有毒有害且易燃易爆的硅烷、氢气、甲烷、乙烯及轻烃类(C²⁺)组分，因而，对尾气处理的方法也比较特殊，尤其是安全性问题至关重要。

现有对常规的基于乙烯与硅烷反应的SiC-CVD无氯外延制程尾气进行处理的方法主要有三种，干法吸附、燃烧法与直接冷凝法。