半导体化学气相沉积设备副产物排出系统技术解析

本文全面解析半导体化学气相沉积(CVD)设备中副产物排出系统的核心技术，揭示其对工艺稳定性、环境安全及设备寿命的关键影响，并介绍尾气净化、真空泵选型及安全监测等关键特性。

一、副产物的来源与危害

主要副产物类型：

未反应前驱体：如硅烷(SiH₄)、氨气(NH₃);

反应挥发性产物：如氯化氢(HCl)、氟化氢(HF);

颗粒物：如硅粉尘、金属氧化物微粒。

潜在危害：

工艺污染：副产物倒灌导致薄膜缺陷;

设备腐蚀：酸性气体侵蚀腔体;

环境风险：有毒气体泄漏威胁人员安全。

二、排出系统核心挑战

高效收集：

需应对低流速气体(<10 sccm)及黏性颗粒物;

防倒灌设计：

确保真空恢复时副产物不回流至反应腔;

安全处理：

有毒气体需中和处理(如HCl→NaCl溶液);

兼容性：

适应不同工艺气体特性(如腐蚀性、易燃性)。

三、设备关键技术特性

1. 真空泵系统

多级泵联：涡轮分子泵+干式螺杆泵，抽速>2000 L/s;

耐腐蚀涂层：腔体采用氧化铝陶瓷或哈氏合金;

智能变频：根据压力自动调节功率，节能>30%。

2. 尾气净化装置

湿法洗涤塔：碱性溶液中和酸性气体，效率>99%;

催化燃烧：高温分解有机物(T>700℃)，转化效率>95%;

颗粒过滤器：HEPA滤芯拦截>99.97%的0.3μm颗粒。

3. 安全监测系统

气体传感器：电化学传感器实时检测有毒气体浓度;

紧急切断阀：泄漏时<0.1秒内关闭;

数据记录：符合SEMI E157标准，存储10年以上。

四、先进工艺应用案例

金属CVD工艺：

钨(W)沉积产生HF气体，采用石英冷阱(-80℃)冷凝回收;

氮化钛(TiN)工艺：

NH₃与Cl₂反应生成NH₄Cl颗粒，采用旋风分离器+静电吸附处理。

五、未来技术趋势

闭环循环系统：

回收未反应前驱体，降低成本;

智能化排放控制：

AI预测副产物生成量，动态调节净化参数;

绿色处理技术：

开发等离子体分解技术，将有毒气体转化为无害物质。

结语

副产物排出系统是半导体CVD设备安全运行的“护城河”，其收集效率、净化能力及安全性直接影响产线良率与环境合规性。建议企业优先选择具备多级泵联、智能监测及闭环回收功能的设备，并定期进行泄漏测试(建议每月一次)，以保障工艺稳定性与人员安全。