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CN112797424B - 一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法 - Google Patents

一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，涉及半导体加工及废气处理领域，方法包括以下步骤：根据废气管路出口的气体温度值调节管路加热带的温度和热氮气的温度；根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制；控制氨气阀打开，以使氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理。通过对废气管路出口的气体温度值进行检测，并根据气体温度值对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，使废气管路出口的气体温度值处于预定温度范围内；通过用水对废气管路出口进行冲刷，可将反应生成物直接冲刷到废气处理设备底部的水箱中，防止反应生成物将废气管路出口堵塞，延长设备的维护周期，提高生产线的运行效率。

Description

一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法
技术领域
本发明涉及半导体加工及废气处理领域，尤其涉及一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法。
背景技术
半导体PVD制程中的氮化钛工艺是作为Al、Cu以及W的金属阻挡层，可以阻挡上下层材料间的交互扩散，增强稳定性和可靠性的工艺。氮化钛工艺根据参与反应的气体分为有机和无机两种，无机的氮化钛工艺气源为四氯化钛和氨气。无机氮化钛工艺涉及到的工艺废气为有毒有害气体，对人体和环境危害严重，必须经过处理才能进行排放。
现有的工艺机台的工艺废气通过真空泵抽到废气处理设备进行处理，废气处理设备的管路包裹有加热带(设置温度150℃)，通过加热带对管路中的热氮气进行加热。但是这种处理工艺存在以下问题：
1)、四氯化钛在常温下为液态，在大于136℃的情况下才能成为气态，而管路加热带的设置温度为150℃时，由于受到加热带的包裹性以及材质的导热性能影响，导致热量损失，管路内部的气体实际加热后的温度远不能达到136℃。虽然可以通过提高加热带的设置温度来提高管路内气体的温度，使其到达136℃以上，但是气体通过一定长度的管路后，气体在废气管路出口的温度仍有可能低于136℃；这种方法由于受到设备布局、管路布管的影响，使其在实际应用中很难控制。
2)、现有的设备在使用过程中四氯化钛与水反应生成物容易堵塞废气管路出口，设备工作1天到3天就需要进行维护，严重影响半导体生产线运行与产能提高。
发明内容
本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，用以解决现有技术中管路气体的温度很难达到预定温度，以及设备维护周期短的问题。
本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述方法包括以下步骤：
根据废气管路出口的气体温度值调节管路加热带的温度和热氮气的温度；
根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制；
控制氨气阀打开，以使氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理。
根据本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述根据废气管路出口的气体温度值调节管路加热带的温度和热氮气的温度包括：
检测所述废气管路出口的气体温度值；
根据所述气体温度值对所述管路加热带的温度和所述热氮气的温度进行调节，以使所述废气管路出口的气体温度值处于预定温度范围内。
根据本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述预定温度范围为136℃-200℃。
根据本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制包括：
若检测到所述四氯化钛控制阀打开，则控制所述喷水系统的电磁阀打开向所述废气管路出口喷水；
若检测到所述四氯化钛控制阀处于关闭状态，则不控制所述喷水系统的电磁阀打开。
根据本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制还包括：
若检测到所述四氯化钛控制阀由打开状态切换至关闭状态，则控制所述喷水系统的电磁阀延时预定时间后关闭。
根据本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述预定时间大于1s。
根据本发明提供一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，所述废气管路出口的外周设置有夹层，所述热氮气在所述夹层中通过热传导的方式对所述废气管路出口进行加热。
本发明提供的用于处理半导体TiN工艺废气的方法通过对废气管路出口的气体温度值进行检测，并根据气体温度值对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，使废气管路出口的气体温度值处于预定温度范围内，防止气体因为温度过低而液化，进而影响反应的进行；通过用水对废气管路出口进行冲刷，可将反应生成物直接冲刷到废气处理设备底部的水箱中，防止反应生成物将废气管路出口堵塞，延长设备的维护周期，提高生产线的运行效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的废气处理设备的喷水系统以及废气管路出口的侧视剖面结构示意图；
图2是本发明提供的废气处理设备的喷水系统以及废气管路出口的立体结构示意图；
图3是本发明提供的用于处理半导体TiN工艺废气的方法的流程示意图。
附图标记：
100、喷水系统；200、夹层；300、废气管路出口；400、热氮气入口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1-图3描述本发明的用于处理半导体TiN工艺废气的方法。
图1示例了废气处理设备的喷水系统以及废气管路出口的侧视剖面结构示意图，图2示例了废气处理设备的喷水系统以及废气管路出口的立体结构示意图，如图1和2所示，本发明的用于处理半导体TiN工艺废气的方法基于废气处理设备进行处理，废气处理设备的废气管路出口300通过输气管路与工艺机台的废气收集装置连通。废气管路出口300的侧壁上设置有温度传感器，温度传感器用于检测废气管路出口300的气体温度值。废气处理设备设置有喷水系统100，喷水系统100包括喷头、电磁阀和供水设备，喷头设置于废气管路出口300的上部，用于向废气管路出口300喷水，供水设备通过输水管线与喷头连通，电磁阀设置于输水管线上，用于控制输水管线的导通与关闭。废气管路出口300的外周设置有夹层200，夹层200为中空结构，夹层200将废气管路出口300与外界冷空气分隔开，减小外界冷空气对高温的废气管路出口300造成影响。夹层200与热氮气入口400连通，热氮气通过热氮气入口400进入夹层200中。
图3示例了一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法的流程示意图，如图3所示，用于处理半导体TiN工艺废气的方法包括以下步骤：
步骤S1，根据废气管路出口的气体温度值调节管路加热带的温度和热氮气的温度；
虽然输气管路的加热带的设置温度为150℃，但是受到加热带的包裹性以及材质的导热性能影响，导致热量损失，输气管路内部的气体实际加热后的温度远不能达到136℃。因此保证废气管路出口300的气体温度值高于136℃，才是保证四氯化钛不液化的关键。本实施例通过对废气管路出口300的气体温度值进行检测，并根据气体温度值对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，使废气管路出口300的气体温度值处于预定温度范围内，防止气体因为温度过低而液化，进而影响反应的进行。本实施例中预定温度范围为136℃-200℃。
步骤S2，根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制；
处理废气时，水只需与四氯化钛反应，因此只有在四氯化钛控制阀打开时才需要打开电磁阀。对废气管路出口300进行喷水的目的有两个，一个目的是使水与四氯化钛进行反应，另一个目的是利用水对废气管路出口300进行冲刷，可将反应生成物直接冲刷到废气处理设备底部的水箱中，防止反应生成物将废气管路出口300堵塞，延长设备的维护周期，提高生产线的运行效率。
步骤S3，控制氨气阀打开，以使氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理。
当检测到氨气阀打开时，氨气不需要与水反应，因此无需控制喷水系统100的电磁阀打开，此时氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理，按照下列公式(1)进行反应，产生氮气和水。
4NH3+3O2＝2N2+6H2O (1)
根据本发明的实施例，本实施例中用于处理半导体TiN工艺废气的方法包括以下步骤：
步骤S4，检测废气管路出口的气体温度值；
使用温度传感器对废气管路出口300的气体温度进行检测的目的有两个，一个目的在于为管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节提供依据；另一个目的在于使控制装置对废气管路出口300的气体温度值进行实时监测。
步骤S5，根据气体温度值对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，以使废气管路出口的气体温度值处于预定温度范围内；
在获取废气管路出口300的气体温度值后，对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，当气体温度值低于预定温度范围时，说明管路加热带的温度和热氮气的温度过低，因此需要调高管路加热带的温度和热氮气的温度，防止四氯化钛液化影响反应的进行。当气体温度值高于预定温度范围时，说明管路加热带的温度和热氮气的温度过高，因此需要调低管路加热带的温度和热氮气的温度，防止温度过高造成能源浪费。通过多次实验得知将管路加热带的温度设定为180℃，可使废气管路出口300的气体温度值满足大于136℃而又小于200℃的要求。调节热氮气的温度同样可以改变废气管路出口300的气体温度值，热氮气通过热氮气入口400进入夹层200中，热氮气通过热传导的方式对废气管路出口300进行加热，通过调节热氮气的温度值，同样可调节气体温度值。通过根据气体温度值对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，可以准确对废气管路出口300的气体温度值进行控制。
步骤S6，根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制；
步骤S7，控制氨气阀打开，以使氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理。
根据本发明的实施例，本实施例中用于处理半导体TiN工艺废气的方法包括以下步骤：
步骤S8，检测废气管路出口的气体温度值；
步骤S9，根据气体温度值对管路加热带的温度和热氮气的温度进行调节，以使废气管路出口的气体温度值处于预定温度范围内；
步骤S10，若检测到四氯化钛控制阀打开，则控制喷水系统的电磁阀打开向废气管路出口喷水；
四氯化钛控制阀打开时四氯化钛控制阀会向控制装置发送反馈信号，控制装置检测到四氯化钛控制阀打开，并控制喷水系统100的电磁阀打开向废气管路出口300喷水，由于四氯化钛从四氯化钛控制阀到废气管路出口300需要一段时间，因此当喷水系统100开始喷水时，四氯化钛还未到达废气管路出口300，这样可防止四氯化钛溢出，造成环境污染。当四氯化钛到达废气管路出口300时，四氯化钛与水按照下列公式(2)进行反应，产生氧化钛和氯化氢；
TiCl4+2H20＝TiO2+4HCl (2)
由于水对生成物进行冲刷，可防止反应生成物将废气管路出口300堵塞，延长设备的维护周期，提高生产线的运行效率。根据现场实际测试，使用此方法可将设备的维护周期从1到3天延长至30天。
步骤S11，若检测到四氯化钛控制阀处于关闭状态，则不控制喷水系统的电磁阀打开；
若检测到四氯化钛控制阀处于关闭状态，则不控制喷水系统100的电磁阀打开，原因在于此时若打开电磁阀，氨气溶于水形成氨水，氨水排放易造成水体富养化，所以需要对氨气进行燃烧处理，形成氮气和水进行排放。
步骤S12，控制氨气阀打开，以使氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理。
在一个实施例中，根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制还包括：
若检测到四氯化钛控制阀由打开状态切换至关闭状态，则控制喷水系统100的电磁阀延时预定时间后关闭。本实施例中预定时间大于1s，当然预定时间具体值可根据真空泵的抽速与工艺腔体到进气口的管路容积进行计算。由于四氯化钛控制阀关闭后，管路中存留的四氯化钛依然可以从废气管路出口300溢出，因此对喷水系统100的电磁阀进行延时关闭，可利用水将管路中存留的四氯化钛完全反应，防止四氯化钛溢出，造成环境污染。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种用于处理半导体TiN工艺废气的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
根据废气管路出口的气体温度值调节管路加热带的温度和热氮气的温度；
根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制；
控制氨气阀打开，以使氨气进入燃烧腔室中进行燃烧处理；
所述根据废气管路出口的气体温度值调节管路加热带的温度和热氮气的温度包括：
检测所述废气管路出口的气体温度值；
根据所述气体温度值对所述管路加热带的温度和所述热氮气的温度进行调节，以使所述废气管路出口的气体温度值处于预定温度范围内；
废气管路出口的侧壁上设置有温度传感器，温度传感器用于检测废气管路出口的气体温度值； 废气处理设备设置有喷水系统，喷水系统包括喷头、电磁阀和供水设备，喷头设置于废气管路出口的上部，用于向废气管路出口喷水，供水设备通过输水管线与喷头连通，电磁阀设置于输水管线上，用于控制输水管线的导通与关闭； 废气管路出口的外周设置有夹层，夹层为中空结构。
2.根据权利要求1所述的用于处理半导体TiN工艺废气的方法，其特征在于，所述预定温度范围为136℃-200℃。
3.根据权利要求1至2任一项所述的用于处理半导体TiN工艺废气的方法，其特征在于，所述根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制包括：
若检测到所述四氯化钛控制阀打开，则控制所述喷水系统的电磁阀打开向所述废气管路出口喷水；
若检测到所述四氯化钛控制阀处于关闭状态，则不控制所述喷水系统的电磁阀打开。
4.根据权利要求3所述的用于处理半导体TiN工艺废气的方法，其特征在于，所述根据四氯化钛控制阀的开闭情况对喷水系统的电磁阀进行控制还包括：
若检测到所述四氯化钛控制阀由打开状态切换至关闭状态，则控制所述喷水系统的电磁阀延时预定时间后关闭。
5.根据权利要求4所述的用于处理半导体TiN工艺废气的方法，其特征在于，所述预定时间大于1s。
6.根据权利要求1至2任一项所述的用于处理半导体TiN工艺废气的方法，其特征在于，所述废气管路出口的外周设置有夹层，所述热氮气在所述夹层中通过热传导的方式对所述废气管路出口进行加热。
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