专利名称：有机金属化学气相沉积工艺过程流出物的原地空气氧化处理的制作方法
背景技术：
III-V化合物半导体包括由元素周期表III族的一种或多种金属或半金属，如Al、Ga或In作为其组分“III”。此类化合物半导体的组分“V”由元素周期表V族的一种或多种非金属如P或As构成。
形成III-V化合物半导体的应用最广泛的制造方法是有机金属化学气相沉积(MOCVD)。典型的V族元素源包括但不限于胂(AsH3)、膦(PH3)、叔丁基胂(TBA)和叔丁基膦(TBP)，它们都是气体物质。
在形成III-V化合物半导体的典型的MOCVD方法中，胂和膦，和/或TBA和TBP与大流量的氢气一起流入反应器。估计在MOCVD工艺设备中有70-95％的胂和30-50％的膦被破坏，同时As和P沉积在半导体晶片上。残余的未反应的胂和膦通过该设备，然后通过设备出口处的泵系统，在此与泵中的压载物氮气混合。下表1列出了进入典型的MOCVD设备的气体的组分和组分流速。
表1进入典型的MOCVD设备的气体
从工艺设备和泵后(post-pump)系统排出的气体的相应的组分和组分流速列在下表2中。
表2从设备和泵后系统排出的气体
前面的表1和表2中的气体组分、流速和浓度是示例性的，特定工艺系统的泵后流出物的实际组成高度依赖于操作条件，包括配方情况(recipe conditions)和设备效率。但总的来说，从设备排出的胂和膦的浓度显著高于这些气体的阈极限值(TLV)。胂的TLV为50ppb而膦的TLV为300ppb。因此，必须除去从设备排出的胂和膦。
用干式涤气器已成功地消除了含有通常被称作氢化物的胂和膦的MOCVD工艺流出物。这些干式涤气器通常含有金属氧化物的混合物。通常为粉末形式的这些氧化物与少量的粘合剂材料混合，形成可成形的材料，然后将这些材料挤出、造粒，或以其他方式形成小型材料，以增大材料的总表面积和传质系数。然后将这些成形的材料松散地加入容器中，在此其用于消除氢化物。
使用金属氧化物(MO)消除流出物所涉及的化学原理如下所示，其中的氢化物为胂(As)
膦(PH3)与金属氧化物发生类似的反应
已发现多种金属氧化物以此种方式发生反应。这些金属氧化物包括但不限于，过渡金属的氧化物如氧化铜、氧化锌、氧化银、氧化钴、氧化铁、氧化镍、氧化锰和氧化钼。
已经证明金属氧化物干式涤气器能够有效消除MOCVD设备流出物中的氢化物，但这种流出物处理方法存在几个缺陷。
第一，MOCVD设备的流出物通常含有大量的氢气。干式涤气器中的金属氧化物可与氢气发生反应而被还原为金属，从而减弱了干式涤气器消除氢化物的能力。虽然这种反应进行下去所需的确切温度取决于具体的金属氧化物种类，但此类还原反应通常都在高于室温的温度下发生。
第二，上文所讨论的反应，其中含有金属氧化物的干式涤气器与氢化物发生反应，本质上是放热反应。氢化物/金属氧化物反应产生的热量存在问题，因为其能够加速金属氧化物和氢气的还原反应，从而减弱消除能力。
第三，在应用MOCVD工艺时，通常强烈地需要增加氢化物进入工艺设备的流速，目的是实现高生产量操作。但是如此增加氢化物的流速会使设备流出物中的氢化物浓度上升，从而最终并且不合需要地增加了消除过程中产生的热。
第四，对上述金属氧化物/氢化物的反应产物的分析表明生成了砷和磷。磷是特别有问题的，因为它一旦接触到空气就会发生反应。如果反应过的干式涤气器介质没有被适当处理，可能产生具有潜在危险的状况。
总之，与使用干式涤气器消除MOCVD工艺过程流出物的氢化物相关的问题可以归结为以下几类a)热管理问题，b)涤气器材料的处理能力的损失，必需进行补救处理以恢复因金属氧化物被还原而引起的能力损失，和c)危险物质在干式涤气器床层中的积累，因此必需进行处理以从干式涤气器床层中除去危险物质。
因此，提供克服了上述与处理MOCVD工艺过程流出物及其它存在相应的流出物处理问题的气体流出物相关的问题的消除方法，将是该领域中的一个重大进步。
一方面，本发明涉及一种流出物消除方法，用于消除含有氢化物的流出物中的氢化物，所述的方法包括(1)含有氢化物的流出物与一种干式涤气材料接触，直至干式涤气材料消除氢化物的能力至少部分损耗，其中干式涤气材料含有一种可与该氢化物发生反应的金属氧化物，以基本清除流出物中的氢化物，和(2)使消除能力至少部分损耗的干式涤气材料与一种氧化剂接触，以至少部分恢复干式涤气材料对氢化物的消除能力。优选氧化剂与能力至少部分损耗的干式涤气材料在不接触含有氢化物的流出物的情况下接触。
另一方面，本发明涉及一种消除含有氢化物的流出物中的氢化物的流出物消除系统。这样的工艺系统含有干式涤气材料床层，该材料可与含有氢化物的流出物中的氢化物发生反应，以消除流出物中的氢化物；含有氢化物的流出物源，其与干式涤气材料床层以供气的关系连接；氧化剂源，该氧化剂有效地再生氢化物消除能力减弱后的干式涤气材料，氧化剂源与干式涤气材料床层以供应氧化剂的关系连接；和流动回路，其设置用于使与干式涤气材料床层接触的含有氢化物的流出物和氧化剂流动。优选流动回路设置为使与干式涤气材料接触的含有氢化物的流出物和氧化剂重复和交替地流动。或者，氧化剂和含有氢化物的流出物流可以同时接触干式涤气材料。
根据以下的公开内容和附带的权利要求书，将更加清晰地获知本发明的其它目的、特征和优点。
图2是对于装有氢氧化钙(Ca(OH)2)的小罐与二氧化碳(CO2)接触以模拟处理设备的性能特性，作为时间的函数的温度(℃)曲线。
图3是本发明一个实施方案的流出物消除系统的示意图，该系统与半导体制造厂以气体流动关系连接。
图4是本发明的另一个优选实施方案的示意图，其中氧化剂和流出物气流以相同的方向流过干式涤气器系统。
本发明及其优选实施方案详述按照本发明，将来自半导体制造厂的、通常含有氢化物如AsH3、PH3、TBA、TBP、SiH4、GeH4、H2S、H2Se及其组合物的流出物引入容器中，以通过金属氧化物将其消除。应注意流出物气流可以含有氢化物以外的其它气体化合物，条件是流出物气流中不存在含氯化合物。人们发现含氯化合物可能干扰氢化物组分的氧化和/或削弱干式涤气系统中金属氧化物的能力。
一般来说，本发明可使用任何可被还原和/或氧化的金属氧化物。适用的金属氧化物可以包括，例如铜、锌、银、钴、铁、镍、锰、钼、铬的氧化物及其组合物。金属氧化物可以干粉形式与一种粘合剂材料混合以松散地应用，或可由多孔陶瓷材料如二氧化硅、氧化铝、沸石等承载。
按照本发明，向装有混合金属氧化物干式涤气材料的容器中加入空气流。优选在工艺流出物停止流动后向容器中加入空气，空气作为氧化剂，按照下面的化学计量反应式与耗尽的干式涤气材料发生反应，其中氢化物气体组分含有胂
或者当氢化物气体组分含有膦时，发生下面的反应
当空气流与金属氧化物干式涤气材料接触时，也可能发生其它反应。空气也可能按照下面的反应氧化可能已经形成的任何游离的砷或磷，将其转化为各自的氧化物
因此，向干式涤气系统中加入空气和/或氧气，克服了在消除工艺流出物过程中产生的任何游离的砷或磷可能引起的危险结果。
另外，向耗尽的干式涤气材料中加入空气和/或氧气，通过发生下面的反应，将先前被氢气或其它还原剂还原为金属元素的金属氧化物氧化
因此，将金属元素氧化回金属氧化物活性成分增加了干式涤气系统的总能力。能力增加的幅度非常大。
作为具体的实施例，
图1显示了本发明提供的改进。一种常规的氧化铜干式涤气材料与胂接触，直至检测到漏出。漏出检测后，用恒定流量的清洁干燥的空气(CDA)对耗尽的干式涤气材料进行空气氧化。氧化后，干式涤气材料再次与胂接触。胂和CDA循环与涤气材料接触，直至检测不出明显的能力恢复。图1是用所得数据绘制的曲线，示出了在随后的空气氧化循环(每个空气循环后进行一次能力测定(称为标准能力试验))后获得的能力量(累积能力百分比)，图1示出了7个此循环的数据。
在本发明的优选实践中，清洁干燥的空气(CDA)流入干式涤气系统中。空气可以在工艺过程流出物消除过程中流入系统，或优选仅在过程气体停止流动之后流入系统。如下文所作的全面描述，在空气氧化过程中，工艺过程的流出物可以流向装有干式涤气材料的第二容器。以此种方式，在保持连续过程流出物流的同时，可以切断或开通流向每个容器的空气流，这样当一个容器中的涤气材料发生空气氧化时，另个容器中的涤气材料消除过程流出物。
必须从热量上控制耗尽材料的空气氧化，原因是与氧化有关的反应过程中会产生过量的热。具体地，必须迅速除去产生的过量的热，否则过量的热将对干式涤气系统的能力产生负面影响。
例如，空气氧化游离的砷时产生三氧化砷。三氧化砷的升华温度在180℃至190℃之间。如果在高于三氧化砷的升华温度的温度下进行空气氧化反应，三氧化砷可能穿过干式涤气系统并且在系统的下游冷凝为固体，其对接触该冷凝固体的人可能造成危害。
另外，如果温度条件对反应有利，当涤气材料的金属氧化物活性成分遇到还原剂时，它们容易被还原。涤气材料的“还原温度”取决于所讨论的金属氧化物。在对涤气材料进行空气氧化处理的过程中，干式涤气系统有可能达到高于一种或多种金属氧化物的还原温度的温度。
尽管在空气氧化涤气剂容器中的金属氧化物时工艺过程流出物中的氢气不流过涤气剂容器，但如果在过程流出物重新流过涤气剂容器之前没有除去空气氧化过程中产生的热，则当处理之中的流出物流过置有金属氧化物的热床层时，干式涤气材料可能足够热而引起涤气材料的还原。
因此，如果在干式涤气系统的温度高于一种或多种金属氧化物的还原温度时，使干式涤气材料与MOCVD过程流出物中的氢气接触，则金属氧化物活性成分将被还原为金属。这将导致干式涤气材料此后不能消除过程流出物中的任何氢化物。
即使在消除过程(金属氧化物涤气材料与流出物接触)中某些金属氧化物可能被还原，但由此形成的金属在随后的空气氧化过程中会被氧化而恢复为金属氧化物活性成分。金属被氧化为金属氧化物的温度可能影响重新形成的金属氧化物的结晶尺寸。温度越高，重新形成的金属氧化物的结晶将会越小。结晶越小，晶体的总表面积越大。如果使金属到金属氧化物的氧化反应在升高的温度下进行，可能形成活性极高的、表面积大的金属氧化物的小团。然后这些小团在室温下可被氢气还原，从而削弱了金属氧化物消除氢化物的能力。
基于前述的理由，在消除过程以及耗尽的干式涤气材料的空气氧化过程中，保持干式涤气系统的温度尽可能低是重要的。干式涤气系统的温度优选保持在约25℃至约150℃，更优选不超过100℃，例如，在约50℃至约100℃的范围内，最优选约70℃至约100℃。
干式涤气系统的温度可由任何适当的方法进行相应控制，例如通过使用一种内置于干式涤气材料的床层中的热交换结构；如插入干式涤气材料的床层中的热交换盘管；通过使用一种盛放干式涤气材料的加套容器，提供冷却剂流过适当的传热介质夹套；通过使用盛放干式涤气材料的容器，在容器外面用具有扩展面积的传热表面部件做成翼状；或通过其它任何保持干式涤气材料的温度在所希望的温度水平的手段或方法。
举一个具体的例子，用于保持所希望的温度的热量管理子系统可以包含一种内置于干式涤气材料的容器中的盘管，其中的盘管由热导性很高的材料如铜制成。冷水或其它含水的或不含水的冷却介质如乙二醇/水溶液，可以用作这种子系统的冷却介质，并可以流过盘管的内部通道，将可能在氢化物消除过程中以及耗尽的干式涤气材料的空气氧化过程中产生的所有热量消散。盘管的有利制作方式是使得不会出现很大区域的干式涤气床层与盘管无传热关系。为测定有效冷却的最佳盘管间距，可使一种氢化物流过置有金属氧化物涤气材料的试验床层，并监测床层不同区域的温度。可以在结构上使盘管整体置入盛放干式涤气材料的容器的内部空间，例如使用一种支承结构固定盘管的位置。
这样的冷却盘管对干式涤气材料的排代，以及由此产生的涤气材料的任何能力损耗都会由空气氧化过程中所恢复的能力得到充分补偿。根据空气氧化过程中所产生的热量，冷水可连续或间断地流过盘管系统，优选连续流过。
在本发明的一个实施方案中，本发明的流出物消除系统可以有利地设置为双床层系统，包括两个容纳各自的干式涤气材料床层的容器，并将其设置为如下文所详细描述的进行循环的交替和重复操作。在这样的一种双床层系统中，两个容器都配有一个热交换盘管或配有其他热量管理元件，用于将涤气材料的温度保持在所希望的温度工作极限以内。优选以并联而不是串联流动关系为各个容器的中的盘管提供冷却水。
在此类实施方案中，水流过盘管的流速以及CDA的流速和过程流出物和空气流之间的切换速率(各个干式涤气材料床层在有效消除处理步骤和空气氧化步骤之间的转换)取决于许多条件。冷却介质的流速取决于流过热交换盘管的水或其它冷却介质的有效温度、过程气体流入MOCVD设备的速率、以及混合金属氧化物涤气材料的组成。
一般来说，冷却水和空气的流速应该足以保持系统内的温度低于金属氧化物发生还原反应的温度。根据具体的金属氧化物及其被氢还原的温度，通常温度保持在约25℃至150℃的范围内。优选温度不超过约100℃，例如在约50℃至约100℃的范围内。最优选温度保持在约70℃至约100℃的范围内。当干式涤气材料的活性成分主要为氧化铜时，将涤气系统内的温度保持在约100℃或100℃以下，既能有效氧化氢化物，又能再生金属氧化物材料。而且，氢气对金属氧化物的还原减少，从而保持提高的金属氧化物的能力。而且，不再担心形成固体三氧化砷。
在本发明实践中使用的干式涤气床层可以是适合于被处理的气体的任何尺寸和形状。过程流出物和清洁干燥的空气可以向上或向下流过垂直固定的床层。可以采用固定床或流化床。而且，过程流出物可以与清洁干燥的空气以相同的方向流动(如图4所示)，或以相反的方向流动(如图3所示)。优选气流从床层入口的横截面中心流入床层(横截面横切流过床层的气流的流动方向)。在接触床层以前，优选气流进入床上方或下方的顶端空间(增压空间)。为提供床下方的顶端空间，可将一个支撑物插入干式涤气容器中以支撑干式涤气床层。
上述优选的气流“居中流动”进入床层消除了所有的流量分配问题，否则该问题可能会在气体流过干式涤气床层时出现。按照在给定的用途中为克服或最小化流量分配问题所希望的，可以采用任何适当的流动方式，包括向上流和向下流。
在一个具体的示例性实施方案中，可以使用一个干式涤气容器，采用向上流动设计和操作，气体从床层入口居中向上流入；设置床层中的热交换盘管以保持床层温度处于所希望的温度水平；采用一个热电偶套管，在其中可以插入一个热电偶以监测过程流出物消除和空气氧化过程中干式涤气床层的温度，并插入一个传感器管以监测干式涤气床层的90％消耗点时气流中的氢化物浓度。
将上段所述的容器的原型的温度控制功能模式化。用氢氧化钙(Ca(OH)2)物质装满小罐。然后该物质与二氧化碳CO2接触。两种物质发生下面的反应
然后确定二氧化碳的流速，具体目的是调整上述反应放出的热，以使其与当约5标准升/分钟(slpm)胂与氧化铜干式涤气材料反应时产生的热量相等。通过如此确定以及相应地固定二氧化碳的流速，具有原地温度控制功能的容器系统受到当处理典型的半导体制造的流出物时所经常使用的热量的作用。试验过程中监测系统的温度。图2为对在这样的试验中所记录的温度作出的系统的温度-时间关系图。
试验结果显示原地温度控制系统有效地满足流出物消除工艺系统的热量管理的目的。容器系统中的记录的最高温度为92.8℃，而如果没有温度控制，最高记录温度为约140℃。
现在参照图3，示出了半导体制造厂36及按照本发明的一个实施方案的流出物消除工艺系统10的典型示意图。
流出物消除工艺系统10包括容器12和14，其中各自容纳适当的金属氧化物干式涤气材料如氧化铜的床层16和18。在容器12中，干式涤气材料床层16置于筛网、栅格或其它支承结构20上，通过相应的结构28，在床层的上端对其进行相应的限制。通过这种构造，在容器的下端提供了增压空间24，也在容器的上端形成了类似的增压空间32。
容器14的构造方式类似，如图所示，分别用筛网或栅格元件22和30限定干式洗气材料床层18的下端和上端，从而限定了下端增压空间26和上端增压空间34。
半导体制造厂36可以包括任何适当的半导体设备或多设备系统，对半导体材料和/或设备结构进行所希望的成形/加工。含有氢化物成分的流出气从半导体制造厂36的流出物排出管线38排出，管线38与流出物消除工艺系统10的入口歧管40连接。
入口歧管40包括供气管56和58，通过歧管42和50将管线56和58相互连接。歧管42包含阀门46和48，歧管50包含阀门52和54。
此外如图所示，歧管50与排气管线64相连。入口歧管40的供气管线56和58分别在下端增压空间24和26终止，管线的末端分别与气体流量分配元件60和62连接。
气体流量分配元件60和62的作用是使从中心流出的气体在容器的整个横截面上分配，以提供均匀的流动而不出现水力异常如死空间、旁路等。
入口歧管40的阀门46、48、50和52可以为任何适当的类型，优选可根据一个循环时间程序选择性启动。为此，优选将相关的阀门启动元件(未画出)与一台计算机自动控制系统(同样未画出)有效连接，以按照一个适当的循环时间程序，根据阀门的开合特性使其运转。
如图所示，流出物消除工艺系统10还包括与容器12和14互联的流出物歧管66。流出物歧管66包括气流管线80和82，其分别与各自的容器相连，并分别终止在容器的增压空间32和34。在其终点，气流管线80和82与气体分配元件112和114相连，其发挥的作用与气体分配元件60和62相同，即，确保引入的气体在各自的容器12和14的整个横截面上的分布。
流出物歧管66的气流管线80和82被包含阀门70和72的歧管线68和包含阀门76和78的歧管线74互联。歧管线74与进气管线84相连，而管线84与清洁干燥的空气(CDA)源相连。
歧管线68与流出物排放管线88相连。
与入口歧管40一样，流出物歧管66中的阀门70、72、76和78按其开合特性可选择性地启动。优选这样的阀门为配有相关的启动元件(未画出)的自动阀门，而启动元件与前述的计算机或循环时间控制系统(未画出)相连，以按照循环时间程序使系统阀门自动运转。
如图所示，容器12含有置于其中的冷却盘管98，盘管98由冷却剂支线94和冷却剂流动管线92连接至冷却介质源90，冷却介质诸如水、(聚)乙二醇、(聚)丙二醇或其它合适的传热介质。以同样的方式，容器14含有置于其中的冷却盘管100，盘管100由冷却剂支线96连接至冷却剂流动管线92。
与连接至冷却剂支线94的末端相对的冷却盘管98的另一末端连接至冷却剂回流支线104，而104与冷却剂回流主线106相连。相应地，容器14中的冷却盘管100与冷却剂回流支线102相连，而102与冷却剂回流主线106相连。
冷却剂回流主线106与热交换器108相连，以除去在冷却剂回流主线106中流动的冷却剂中的热量。热交换器108将冷却的冷却剂排放至再生冷却剂供给线110，供给线110将冷却的冷却剂返回至源90，冷却的冷却剂从源90经冷却剂供给线92分别流入容器12和14中的盘管中。尽管未画出，但包括管线92、94、96、102、104、106和110的冷却剂流动回路具有一个置于其中的泵或其它循环器单元，用于使冷却介质在回路中流动。
操作时，容器12和14中的一个处于有效处理方式，从半导体制造厂来的流出物气体经由管线38从入口歧管40流至容器12和14中有效的那一个。例如，容器12在此期间可以是“运转中的”，阀门46开启而阀门52关闭。同时，阀门48关闭而阀门54开启。
通过如此布配入口歧管，流出物气体流过管线38、42和56，经由分配元件60排放至下端增压空间24而向上流过涤气床层16，消除流出物气流中的氢化物成分。然后所得的不含氢化物的流出物气体流入容器12的上端增压空间32中，并被分配元件112(作为收集器，以相反的方式起作用)收集，并经由管线80流入排放歧管66。
在排放歧管中，阀门70和78开启，而阀门72和76关闭。从而使处理过的流出物气流经由管线80流入歧管线68，然后进入流出物排放管线88，从流出物消除工艺系统10中排出。
在容器12处于有效处理方式的同时，通过使清洁干燥的空气流过容器14中的床层1 8而使容器14再生。在此操作过程中，清洁干燥的空气从清洁干燥的空气(CDA)源流经管线84到达歧管66，流经歧管线74(阀门78此时开启)进入管线82以进入容器14的上端增压空间34。如此引入的清洁干燥的空气被分配元件114放出，并流经干式涤气材料床层18，向下流向下端增压空间26。
在下端增压空间26中，流出的清洁干燥的空气被收集在分配元件62，并流入入口歧管40的管线58中。在入口歧管中，阀门54开启，从而使流出的清洁干燥空气从管线58流经管线50流入流出的清洁干燥的空气排放管线64，流出的空气从该管线流离流出物消除工艺系统。
在清洁干燥的空气流过干式涤气材料床层18时，通过与流过冷却盘管100的冷却介质发生热传递，将氧化反应产生的反应热从床层中除去。冷却剂通过前述的流动回路供给冷却盘管100，冷却剂被从源90泵出，经由管线92和96到达冷却盘管100，并经由管线102、106和110返回源90，在热交换器108中，通过热交换将冷却介质中的显热除去。
尽管在某些情况下可在冷却剂流动回路中加入阀门并使其运转，以选择性地使冷却介质流过各自容器中的一个或另一个相应的盘管，但优选冷却介质连续流过冷却剂流动回路及冷却盘管部分98和100。
因此，在进行再生操作使干式涤气材料床层恢复对流出物进行有效、运转中处理的期间，清洁干燥的空气从源86流过管线84、74和82，流过容器14，并流过管线58、50和64。
经过预定的操作时间之后，流动发生转换，从而使先前再生的床层18转为对从半导体制造厂36来的流出物进行有效处理，床层16进行再生。由此系统阀门46、48、52、54、70、72、76和78定期在其开合位置间切换，以循环、交替及重复的方式使所希望的气流分别流过容器12和14。
为监测干式涤气床层的温度，如图所示，在床层16的上端区域安装一个热监测装置116。以同样的方式，在床层18的上端区安装一个热监测装置118。热监测装置116和118可分别以信号传输的关系与计算机或其它自动处理控制装置如与入口和排放歧管中阀门的阀动器有效连接的计算机连接，以使床层的运转随所监测的床层温度发生转换。在这一点上，如图4所示可以沿床层的长度，沿气体流过床层的方向使用多种热监测装置，例如热电偶、测温探针、热电装置等，或以另外选择的排列方式对流出物消除工艺系统进行热量管理。
另外，为监测对氢化物的消除效力，可如图所示在床层16和18的上端区设置取样口以确定未被消除的氢化物的漏出。取样口122和120可分别以信号传输的关系与计算机或其它自动处理控制装置连接如与入口和排放歧管中阀门的阀动器有效连接的计算机连接，以使床层的运转随干式涤气材料的消除能力发生转换。
进一步地，尽管图3所例示的本发明的实施方案中使用了两个干式涤气材料的容器，但应认识到本发明的实践可以是具有单一的干式涤气材料床层，以批处理方式运转，例如，提供一个缓冲罐，当干式涤气材料床层进行空气氧化再生时容纳流出物。此外，也可以使用不配缓冲罐的单一的干式涤气材料床层，该单一床层允许氧化剂在设备处于脱线期间流过。或者，应当理解本发明的实践可以是具有比图3和图4所例示的更大数量的床层，同时对此类其它实施方案中的歧管、阀门及热量管理子系统进行相应的更改。
图4举例说明了本发明的另一个优选的实施方案。图4所示的干式涤气系统示出了流过本发明的干式涤气系统的单向的氧化剂流和流出物气流。另外，图4所示的系统包括与上述的图3系统类似的部件，但没有画出。氧化剂流和流出物气流可以同时引入入口系统入口歧管144中，或更优选交替地并重复地引入直至基本上消除了流出物工艺气流中的所有氢化物。例示的系统使用了与上述图3相同的多个阀门。阀门在开合位置之间切换，以实现所希望的氧化剂流动和/或过程流出物气流流动。例如，在将过程流出物引入干式涤气系统时，可以关闭阀门146以限制氧化剂流动。在预定的一段时间后，通过开启阀门148并关闭阀门146转换流动，以对床层进行再生。在再生期间阀门150打开以排出空气，而在排出消除后的流出物过程气流时关闭阀门150。
图4的系统进一步显示增置了温度监测装置140，其包括沿床层长度排置的多个测温探针142或类似的装置。这种多个测温探针的设置允许沿整个床层的长度方向监测温度前沿以确定床层的能力并预测活性的损耗。还示出了一个传感器管154，用于监测在干式涤气床层损耗90％时气流中的氢化物浓度。
尽管在此按照不同的实施方案和公开的特征示例性地描述了本发明，但应当理解本发明并不因此受到限制，而是扩展并包括许多变化、修改和其它实施方案。因此，本发明意在按照下文的权利要求书的精神和范围广义地理解并解释为包括所有的这些变化、修改和其它实施方案。
权利要求
1.一种流出物消除方法，用于消除含氢化物的流出物中的氢化物，所述的方法包括(1)使含氢化物的流出物与一种干式涤气材料接触，直至干式涤气材料消除氢化物的能力至少部分损耗，所述的干式涤气材料含有可与氢化物反应的金属氧化物，以实质性地除去流出物中的氢化物，和(2)使能力至少部分损耗的干式涤气材料与一种氧化剂接触，以至少部分恢复干式涤气材料消除氢化物的能力。
2.权利要求1的方法，其中在不接触含氢化物的流出物的情况下使所述氧化剂接触能力耗尽的干式涤气材料。
3.权利要求1的方法，其中的金属氧化物包含选自铜、锌、银、钴、铁、镍、锰、铬、钼及其组合的金属。
4.权利要求1的方法，其中的氧化剂包括氧气。
5.权利要求1的方法，其中的氧化剂包括空气。
6.权利要求1的方法，其中的流出物中不存在含氯的化合物。
7.权利要求1的方法，其中的含氢化物的流出物含有在半导体制造操作中所生成的金属氢化物。
8.权利要求1的方法，其中的含氢化物的流出物包括选自胂和膦的氢化物。
9.权利要求1的方法，其进一步包括对接触步骤(1)和(2)进行热量管理，以保持干式涤气材料的温度低于100℃。
10.权利要求9的方法，其中的热量管理步骤包括除去干式涤气材料中的热量。
11.权利要求9的方法，其中的热量管理步骤包括干式涤气材料与冷却介质发生热交换。
12.权利要求11的方法，其中的冷却介质包括选自水和乙二醇的冷却剂。
13.权利要求1的方法，其中以交替的次序重复进行步骤(1)和(2)。
14.权利要求13的方法，其进一步包括在接触步骤过程中对干式涤气材料进行热量监测，并响应性地转换接触步骤，以保持干式涤气材料的温度低于预定的温度限。
15.权利要求14的方法，其中保持干式涤气材料的温度低于100℃。
16.权利要求14的方法，其中保持干式涤气材料的温度低于金属氧化物发生还原反应的温度。
17.权利要求1的方法，其中在容器中提供一个干式涤气材料床层，通过该床层，含氢化物的流出物和氧化剂分别循环地、交替地及重复地流动，以实现接触步骤(1)和(2)。
18.权利要求13的方法，其中的干式涤气材料含有氧化铜。
19.权利要求13的方法，其中的氧化剂包括空气。
20.权利要求1的方法，其中在多个床层中提供干式涤气材料，该方法进一步包括分别使含氢化物的流出物和氧化剂以循环作业方式流向多个床层中不同的一个，其中多个床层的每一个以连续、交替和重复的次序进行接触步骤(1)和(2)。
21.权利要求1的方法，其中在一种圆筒型容器中提供干式涤气材料，含氢化物的流出物和氧化剂选择性地并顺序地流过该容器。
22.权利要求1的方法，其中的含氢化物的流出物来自III-V化合物半导体产品的制造。
23.权利要求22的方法，其中含氢化物的流出物含有至少一种选自胂、膦、TBA、TBP、SiH4、GeH4、H2S、H2Se及其组合物的氢化物。
24.权利要求1的方法，其中接触步骤(1)和(2)同时进行。
25.一种流出物消除系统，用于消除含氢化物的流出物中的氢化物，所述的工艺系统包含一个干式涤气材料床层，其中的干式涤气材料可与含氢化物的流出物中的氢化物发生反应，以除去流出物中的氢化物；一个含氢化物的流出物源，其以气体供应的关系与干式涤气材料床层连接；一个氧化剂源，其以供应氧化剂的关系与干式涤气材料床层连接，所述的氧化剂在干式涤气材料消除氢化物的能力减弱后有效地使其再生；及一个流动回路，用于流送与干式涤气材料床层接触的含氢化物的流出物和氧化剂。
26.权利要求25的流出物消除系统，其中设置流动回路以重复地及交替地流送与干式涤气材料床层接触的含氢化物的流出物和氧化剂。
27.权利要求25的流出物消除系统，其中流动回路包含将含氢化物的流出物源和氧化剂源与干式涤气材料床层连接的带阀的歧管装置。
28.权利要求25的流出物消除系统，其包含设置为运转的多个干式涤气材料床层，其中每个床层经历步骤(1)使含有氢化物的流出物与一种干式涤气材料接触，直至干式涤气材料消除氢化物的能力至少部分耗尽，和(2)使消除能力至少部分损耗的干式涤气材料在不接触含氢化物的流出物的情况下与一种氧化剂接触，以至少部分恢复干式涤气材料消除氢化物的能力。
29.权利要求26的流出物消除系统，其进一步包含一个冷却剂流动回路，所述的流动回路被设置为与每个干式涤气材料床层为热交换关系。
30.权利要求25的流出物消除系统，其中的氧化剂源包括CDA源。
31.权利要求29的流出物消除系统，其中的冷却剂流动回路为一种盘管，其形成方式是不会出现与盘管无传热关系的很大区域的干式涤气床层。
32.权利要求25的流出物消除系统，其中的含氢化物的流出物源包括用于制造III-V半导体产品的半导体设备。
33.权利要求25的流出物消除系统，其中的干式涤气材料含有金属氧化物材料。
34.权利要求33的流出物消除系统，其中的金属氧化物含有选自铜、锌、银、钴、铁、镍、锰、铬、钼及其组合物的金属。
全文摘要
用于消除含氢化物的流出物中的氢化物的流出物消除系统(10)，设置该系统以进行下列步骤使含氢化物的流出物与一种干式涤气材料接触，直至干式涤气材料消除氢化物的能力至少部分损耗，所述的干式涤气材料含有可与氢化物反应的金属氧化物，以实质性地除去流出物中的氢化物；使能力至少部分损耗的干式涤气材料与一种氧化剂接触，以至少部分恢复干式涤气材料消除氢化物的能力。本发明的系统特别适用于处理来自半导体制造厂(36)的III－V化合物半导体制造作业的流出物。
文档编号C23C16/44GK1420803SQ00816124
公开日2003年5月28日 申请日期2000年11月22日 优先权日1999年11月26日
发明者丽贝卡·福勒, 马克·霍尔斯特 申请人:高级技术材料公司