一种尾气处理系统及扩散炉的制作方法

1.本实用新型属于半导体技术领域，更具体地，涉及一种尾气处理系统及扩散炉。


背景技术：

2.当前光伏行业中，作为钝化发射极及背局域接触电池的替代和升级，隧穿氧化层钝化接触电池成为极具潜力的新型高效电池，在其生产过程中，低压硼扩散设备是重要环节。
3.目前的低压硼扩散设备主要沿用低压磷扩散设备成熟的尾气处理系统，即单一滤芯进行尾气处理，工艺中的所有过程均通过该滤芯，如图1所示，硼扩散工艺中的关键工艺步为：通氧步，向反应腔室中通入氧气；通源步，向反应腔室通入氯化硼和氧气；吹扫步，向反应腔室通入氮气，来稀释其余气体；通水步，使用氮气携带水蒸气通入反应腔室。在通源步时，气动阀102处于打开状态，排空阀9关闭，在高温下氯化硼会和氧气在反应腔室中反应，生成微型的硼酸和氧化硼液珠，部分氧化硼附着在硅片表面进行扩散掺杂，剩余的气-液混合物通过尾气管路进入过滤器101中过滤，此时在较低温度下硼酸和氧化硼液珠变成固体粉末堆积在过滤器101的滤芯中，其余气体通过气动阀102，被真空泵11抽至排酸管道中排出。在通水步中，反应剩余的水蒸气也会通过尾气管路进入过滤器101中冷凝成液态。在工艺结束后，关闭气动阀102和真空泵11，打开排空阀9，尾气经过过滤器101后，进入排空阀9的管路，通过排酸管道排出，进入工艺闲置状态。上述过程中，由于硼扩工艺的尾气会由高温时的气-液混合状态转变为较低温度下的气-液-粉末混合状态，工艺中生成的多余反应物会以粉末的形式在滤芯处堆积，这些粉末与通水步在滤芯处冷凝的水，甚至少量水蒸气，混合后，会迅速形成块状固体或粘稠状结晶，导致滤芯堵塞，这大大缩短了设备的使用周期，增加了设备维护成本，降低了设备使用性能。
4.因此，需要一种尾气处理系统，能够避免上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种过滤系统及半导体工艺设备，以解决水蒸气尾气进入过滤器形成结晶导致滤芯堵塞的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种过滤系统，用于处理扩散炉中反应腔室的尾气，尾气处理系统包括控制器、水路管路和至少一条过滤管路，所述过滤管路设置有过滤器和第一阀门，所述水路管路设置有第二阀门；所述过滤管路与所述水路管路并联连接，且所述过滤管路和所述水路管路均用于与所述反应腔室的尾气出口端连通，分别用于处理所述反应腔室中不同的工艺尾气；所述控制器用于控制所述过滤管路和所述水路管路的通断。
7.优选地，还包括压力平衡管路，所述压力平衡管路设置有第三阀门，所述压力平衡管路的出口端连接于所述过滤管路，且位于所述过滤器的上游，所述压力平衡管路用于向所述过滤管路通入平衡气体，以防止所述反应腔室中的水蒸气尾气进入所述过滤管路。
8.优选地，还包括尾气管路，所述尾气管路一端与所述反应腔室的尾气出口端连接，另一端与所述过滤管路和所述水路管路连接，所述尾气管路设置有压力传感器，所述控制器根据所述压力传感器监测的所述反应腔室内的压力值控制所述过滤管路的通断。
9.优选地，所述尾气处理系统包括两条过滤管路，分别为第一过滤管路和第二过滤管路；当所述压力传感器检测到所述反应腔室内的压力值超出预设压力值时，所述控制器控制所述第一过滤管路断开并开启所述第二过滤管路或控制所述第一过滤管路和第二过滤管路同时开启，以使所述尾气处理系统继续运行。
10.优选地，还包括报警系统，所述报警系统用于接收所述压力传感器反馈的压力信号，当所述压力信号超过预设值时，发出报警信息。
11.优选地，所述过滤管路还包括第四阀门，其中，所述第一阀门为气动阀门，设置于所述过滤器的下游，所述第四阀门为手动阀门，设置于所述过滤器的上游。
12.优选地，所述压力平衡管路还设置有气体流量计。
13.优选地，还包括抽气管路，所述抽气管路设置有真空泵，所述抽气管路与所述过滤管路和所述水路管路的出口端连接。
14.优选地，还包括排空管路，所述排空管路与所述尾气管路连接，所述排空管路设置有第五阀门。
15.本实用新型还提供一种扩散炉，包括反应腔室和上述的尾气处理系统，所述尾气处理系统连接于所述反应腔室的尾气出口端。
16.本实用新型涉及的尾气处理系统，其有益效果在于，采用单独的水路管路排放水蒸气尾气，使反应腔室排出的尾气干湿分离，避免水蒸气尾气从过滤器通过，防止粉末在过滤器滤芯中出现大量形成块状固态或粘稠状结晶，从而大幅延长单个滤芯的使用周期。
17.本实用新型的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
18.通过结合附图对本实用新型示例性实施方式进行更详细的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本实用新型示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
19.图1示出了现有技术中尾气处理系统的原理图；
20.图2示出了根据本实用新型的示例性实施例的尾气处理系统的原理图。
21.附图标记说明：
22.1、过滤器，2、第二过滤器，3、第四阀门，4、第七阀门，5、第一阀门，6、第六阀门，7、第二阀门，8、气体流量计，9、第五阀门，10、压力传感器，11、真空泵，12、水路管路，13第三阀门；
23.101、过滤器，102、气动阀。
具体实施方式
24.下面将更详细地描述本实用新型的优选实施方式。虽然以下描述了本实用新型的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本实用新型更加透彻和完整，并且能够将本
实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
25.为解决现有技术存在的问题，请参阅图2，本实用新型提供了一种尾气处理系统，用于处理扩散炉中反应腔室的尾气，该尾气处理系统包括控制器、水路管路12和至少一条过滤管路，过滤管路设置有过滤器1和第一阀门5，水路管路12设置有第二阀门7；过滤管路与水路管路12并联连接，且过滤管路和水路管路12均用于与反应腔室的尾气出口端连通，分别用于处理反应腔室中不同的工艺尾气；控制器用于控制过滤管路和水路管路12的通断。
26.本实用新型涉及的尾气处理系统，将过滤管路与水路管路12并联，通过单独的水路管路12排放水蒸气尾气，使反应腔室排出的尾气干湿分离，避免水蒸气尾气从过滤器通过，防止粉末在过滤器滤芯中出现大量结晶形成块状固态或粘稠状，从而大幅延长单个滤芯的使用周期。
27.作为优选，尾气处理系统还包括压力平衡管路，压力平衡管路设置有第三阀门13，压力平衡管路的出口端连接于过滤管路，且位于过滤器1的上游，压力平衡管路用于向过滤管路通入平衡气体，以防止反应腔室中的水蒸气尾气进入过滤管路。
28.在本技术的一个实施例中，平衡气体可以为氮气，防止由于负压造成水蒸气尾气流入过滤器1中，该压力平衡管路还设置有气体流量计8，用于监测通入的气体的流量，以便根据需求调整。
29.在本技术的其他实施例中，平衡气体也可以根据需求而选择其他气体。
30.作为优选，尾气处理系统还包括尾气管路，尾气管路一端与反应腔室的尾气出口端连接，另一端与过滤管路和水路管路12连接，尾气管路设置有压力传感器10，控制器根据压力传感器10监测的反应腔室内的压力值以控制过滤管路的通断。
31.尾气管路用于传输反应腔室的尾气出口端处排出的尾气，并根据需求将不同的尾气分别通入过滤管路或水路管路12中进行处理。
32.作为优选，过滤管路还包括第四阀门3，其中，第一阀门5为气动阀门，设置于过滤器1的下游，第四阀门3为手动阀门，设置于过滤器1的上游。
33.在本技术的一个实施例中，尾气处理系统包括两条过滤管路，分别为第一过滤管路和第二过滤管路；当压力传感器10检测到反应腔室内的压力值超出预设压力值时，控制器控制第一过滤管路断开并开启第二过滤管路或控制第一过滤管路和第二过滤管路同时开启，以使尾气处理系统继续运行。
34.其中，第一过滤管路、第二过滤管路和水路管路12三路并联，延长整个过滤系统的使用周期，也便于不停机在线更换滤芯，降低设备维护成本；第一过滤管路设有过滤器1和第一阀门5，过滤器1即第一过滤器，过滤器1的上游设有第四阀门3，第二过滤管路设有第二过滤器2和第六阀门6，第二过滤器2的上游设有第七阀门4，第七阀门4为手动阀门，第六阀门6为气动阀门。
35.在本技术的一个实施例中，第一过滤管路和第二过滤管路用于工艺中的硼酸和氧化硼的工艺尾气处理排放，通过第一过滤器和第二过滤器2对尾气进行过滤，水路管路12用于工艺中的水蒸气尾气排放，第一阀门5、第六阀门6和第二阀门7分别用于控制控制第一过滤管路、第二过滤管路和水路管路12的开闭。
36.作为优选，尾气处理系统还包括报警系统，报警系统用于接收压力传感器10反馈
的压力信号，当压力信号超过预设值时，发出报警信息。压力传感器10设于第一过滤管路、第二过滤管路和水路管路12的上游，控制器控制根据反应腔室通入的反应气体控制过滤管路和水路管路12的切换，并根据压力传感器10监测的压力信号控制第一阀门5、第六阀门6开闭，报警系统同样根据压力信号报警。报警系统与控制器通信连接，报警系统接收示警指令并进行示警，维护人员可以根据示警对过滤系统进行维护，更换堵塞的过滤器1的滤芯。
37.作为优选，尾气处理系统还包括抽气管路，抽气管路设置有真空泵11，抽气管路与过滤管路和水路管路12的出口端连接，用于将经过过滤管路和水路管路12排出的工艺尾气输送至排酸管道。
38.作为优选，尾气处理系统还包括排空管路，排空管路与尾气管路连接，排空管路设置有第五阀门9，用于在非工艺时将尾气输送至排酸管道排出。第五阀门9在工艺运行全过程中为常闭状态，仅在非工艺时打开，在工艺结束后，关闭第一阀门5、第六阀门6和第二阀门7，并关闭第三阀门13和真空泵11，打开第五阀门9，尾气通过水路管路12进入排空管路，通过排酸管道排出，此时设备进入工艺闲置状态。
39.针对低压硼扩散工艺排出的尾气中气-液-粉末混合且极易与水混合生成块状固体或粘稠状结晶堵塞滤芯的复杂问题，第一过滤管路和第二过滤管路和水路管路12形成两过滤管路和一水路的三通路模式，通过工艺步骤通入的不同工艺气体和压力传感器10实时采集压力值闭环控制第一阀门5、第六阀门6和第二阀门7的开闭，实现在工艺中三个通路的切换，通过水路管路12单独对水蒸气尾气排放，防止水蒸气尾气从过滤器通过而造成粉末在过滤器滤芯中出现大量结晶，从而大幅延长单个滤芯的使用周期，避免产生块状固体或粘稠状结晶堵塞过滤器的滤芯，大幅延长低压硼扩散设备过滤系统的使用周期，降低设备的维护成本。本实用新型的尾气处理系统，也可以用于其他类似的生产工艺。
40.本实用新型的尾气处理系统以处理硼扩散的氧化硼、硼酸和水蒸气的工艺尾气为例，具体工作过程如下示例：
41.控制器根据压力传感器10实时采集的压力值控制第一阀门5和第六阀门6的开闭，实现在工艺中过滤管路的切换的闭环控制：
42.工艺开始后，通源步，向反应腔室通入氯化硼和氧气，此时控制器控制第一阀门5开启、第六阀门6和第二阀门7关闭，此时工艺中的尾气(氧化硼、硼酸)进入第一过滤管路，通过过滤器1，即第一过滤器进行过滤；
43.当压力传感器10监测到反应腔室的压力信号高于预设值时，说明第一过滤器的滤芯发生堵塞，控制器控制第六阀门6开启、第一阀门5和第二阀门7关闭，报警系统发出示警指令，此时切换至第二过滤管路工作，工艺中的尾气(氧化硼、硼酸)通过第二过滤器2进行过滤；维护人员可以根据示警指令关闭第四阀门3，将第一过滤管路关闭，在不停机的状态下完全将第一过滤器从过滤系统中隔离并更换滤芯；
44.当压力传感器10监测到反应腔室的压力信号高于预设值时，说明第二过滤器2的滤芯发生堵塞，控制器控制第一阀门5开启、第六阀门6和第二阀门7关闭，报警系统发出示警指令，此时切换至第一过滤管路工作，工艺中的尾气(氧化硼、硼酸)通过第一过滤器进行过滤；维护人员可以根据示警指令关闭第七阀门4，将第二过滤管路关闭，在不停机的状态下完全将第二过滤器2从过滤系统中隔离并更换滤芯；
45.当压力传感器10监测到使用第一过滤管路和第二过滤管路时反应腔室的压力信
号均高于预设值时，控制器控制第一阀门5和第六阀门6开启、第二阀门7关闭，使尾气(氧化硼、硼酸)同时进入第一过滤管路和第二过滤管路，并发出示警指令。此时第一过滤器或第二过滤器2时均发生堵塞，控制器控制第一阀门5和第六阀门6同时开启，由第一过滤器和第二过滤器2共同处理，保证正在进行的工艺可以正常运行至结束，降低损失，并在该次工艺结束后提示报警以更换滤芯。
46.在工艺进行至通水步时，向反应腔室通入水蒸气，此时控制器控制第一阀门5和第六阀门6关闭、第二阀门7开启，使此工艺步中的水蒸气尾气由独立的水路管路12通过，从而避免水蒸气尾气从过滤器通过出现冷凝并与氧化硼、硼酸反应生成块状固体或粘稠状结晶而堵塞滤芯。
47.本实用新型涉及的尾气处理系统，设置单独的水路管路12避免水蒸气从过滤器通过，防止氧化硼、硼酸在过滤器滤芯中出现大量结晶，从而大幅延长单个滤芯的使用周期；第一过滤管路和第二过滤管路并配合一种闭环的控制过程，使整个尾气处理系统的使用周期翻倍；通过切换不同的过滤管路实现一个过滤器堵塞时，自动切换到另一个过滤器使用，或者双过滤器同时使用，也可以控制过滤器两侧的手阀和阀门，将单个的过滤器从过滤系统隔离出来，可实现不停机在线更换滤芯，提升过滤系统的维护周期，降低设备维护成本。
48.本实用新型还提供一种扩散炉，包括反应腔室和上述的尾气处理系统，尾气处理系统连接于反应腔室的出口端。
49.以上已经描述了本实用新型的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。