CN100341598C - 一种低温蒸发、冷却生产超净高纯试剂的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温蒸发、冷却生产超净高纯试剂的方法。包括如下步骤：将原料与惰性载气分别送入加热蒸发器，加热到原料的沸点以下2～30℃，在低温下原料被蒸发，与惰性载气，发生对流传质，原料蒸汽与惰性载气一起进入冷凝器，原料蒸汽被冷凝获得产品。采用本发明的方法，加热、冷凝过程中气相温度波动小，控制方便，单体设备的产量高，产品的纯度可达到SEMI C8级以上，易于工业化实施。

Description

一种低温蒸发、冷却生产超净高纯试剂的方法

技术领域

本发明涉及一种工业化生产超净高纯试剂的方法，尤其涉及到一种挥发性超净高纯试剂的工业生产方法。

背景技术

超净高纯试剂(常称为湿化学品wet chemicals或工艺化学品process-chemicals)，是集成电路(IC)和超大规模(VLSI)制作过程中关键性基础化工材料之一，主要用于芯片的精洗和腐蚀，具有品种多、用量大、技术要求高、贮存有效期短、强腐蚀性等特点。

在IC和VLSI制作过程中，使用试剂的工序主要是清洗(包括干燥)、光刻、蚀刻。随着IC存储容量的逐渐增大，存储器电池的蓄电量需要尽可能地增大，因此氧化膜变得更薄。当超净高纯试剂中含有碱金属杂质(Na、Ca等)时，杂质将溶进氧化膜之中，造成耐绝缘电压下降；当重金属(Cu、Fe、Cr、Ag等)若附着在硅晶片表面上时，则会使P-N结耐电压降低。一般认为：产生IC断丝、短路等物理性故障的杂质分子大小为最小线宽的1/4；造成腐蚀或漏电等化学性故障的杂质分子或离子的大小为最小线宽的1/4；造成腐蚀或漏电等化学性故障的杂质分子或离子的大小为最小线宽的1/10。因此，超净高纯试剂的纯度和洁净度为IC的成品率、电性能及可靠性都有着十分重要的影响。

目前，超净高纯试剂的生产主要有：高效精馏法、亚沸蒸馏法等。

高效精馏法是目前应用较普遍的工业生产方法，但是由于蒸馏的蒸汽会有微细的液滴形成气溶胶，而带入产品中，影响产品纯度，所以此法难以生产高等级的试剂。即使通过反复的精馏，最终得到高纯的产品，也会因为能耗高，物耗高，而影响产品的经济性。

亚沸蒸馏法是提纯的一种有效方法。一般蒸馏产品纯度和浓度不太高，是因为蒸馏时要使溶液沸腾，而沸腾时蒸汽泡逸出气液界面，会撕裂特薄的液层，形成大量的微细液滴，随蒸汽流上升，而每个微细液滴粒则由几百乃至几百万个水分子组成，这样在蒸馏沸腾过程中，金属离子或固体微粒就可能夹在微细液滴中进入提纯后的液体中去，因而提纯效果有限。为了防止金属离子或固体微粒在蒸馏过程中形成微细液滴进入蒸气，提出了亚沸蒸馏法，也就是在于被提纯液体的沸点以下进行蒸馏提出的方法。由于远未达到沸点，和液体平衡的气相也就不再是由大量蒸气及其微细液滴所组成，而是以分子状态逸出气液界面，进入气相与液相平衡。此时蒸气中就极少或可能不夹带进金属离子或固体微粒了。再在其气相空间放一个冷凝器，由于冷凝器表面温度低于被加热的液体温度，所以以分子状态存在于气相空间的蒸气又在冷凝管上冷凝成液体，收集起来，就是用亚沸法提纯的超净高纯试剂。

目前在实验室中已经普遍应用亚沸蒸馏法制备超净高纯试剂。提纯的试剂不仅纯度高，而且浓度高，操作和设备都比较简单，但是缺点是产量小，速度慢，时间、物料的消耗都比较多，无法满足工业化生产的要求。

中国专利，申请号0315469.8描述了一种采用改进亚沸蒸馏的高效平面蒸发、吸收器为核心技术的制备超净高纯盐酸的工艺路线，在高效平面蒸发、吸收器中，氯化氢分子在气相中分子扩散，其推动力为氯化氢和盐酸母体相平衡的分压、氯化氢和吸收液相平衡的分压之差，过程的速率与平衡分压之差成正比而与“蒸发”表面和冷凝吸收面之间的距离成反比。为此通过大幅度地增大“蒸发”表面，增大冷凝吸收面，控制工艺条件，如温度、压力、浓度，增大溶质分子在盐酸母液和吸收液的分压之差，减小“蒸发”表面和溶解表面或者冷凝吸收面之间的距离，都可以大大强化过程的速率，提高过程的效率。

但是实践中我们发现，由于此技术采用有以下缺点：(1)由于采用表面加热蒸发技术，加热器与蒸发表面、冷凝表面距离过近，造成冷凝面上盐酸的反复蒸发、冷凝，降低了过程速率；(2)在加热、冷凝过程中气相温度波动过大，造成平面蒸发、吸收器液层波动过大，难以控制；(3)尽管过程速率得到了强化，由于仍然是分子扩散过程，速率仍不够理想。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种低温蒸发、冷却生产超净高纯试剂的方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的技术构思是这样的：

发明人认为，无论是溶质分子从母体溶液中扩散到气相中间，还是气相中的溶质分子溶解到高纯溶剂中或者溶质分子被在冷凝面上凝结的溶剂液滴所吸收，都是表面分子扩散过程。过程的速率受限于“蒸发”表面成、溶解表面以及冷凝吸收面以及溶质分子和母体溶液相平衡的分压和溶质分子和目的物高纯试剂相平衡的分压之差。

为了打破过程受到分子扩散的限制，发明人引入一股度惰性载气，在加热、蒸发器中，原料加热到对应压力的沸点以下，在低温下原料被蒸发，与惰性载气，发生对流传质，与亚沸蒸馏相比，大大提高了过程速率；蒸汽随惰性载气而流动，进入冷凝器，蒸汽冷凝可得到产品试剂。惰性载气经循环风机的驱动，在进入加热、蒸发器，如此反复。通过多级的低温蒸发、冷凝、惰性载气循环，可得到足够纯净的高纯试剂。

本发明的方法包括如下步骤：

将原料与惰性载气分别送入加热蒸发器，加热到原料的沸点以下2～30℃，在低温下原料被蒸发，与惰性载气，发生对流传质，原料蒸汽与惰性载气一起进入冷凝器，原料蒸汽被冷凝获得产品。

所说的原料选自盐酸、硝酸或氢氟酸；

所说的惰性载气选自氮气、氩气；

优选的原料的纯度为MOS级；

采用本发明的方法，加热、冷凝过程中气相温度波动小，控制方便，单体设备的产量高，产品的纯度可达到SEMI C8级以上，易于工业化实施。

附图说明

图1为本发明的低温蒸发、冷却生产超净高纯试剂的流程示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明的方法包括如下步骤：

将原料与惰性载气分别送入加热蒸发器1，加热到原料的沸点以下2～30℃，在低温下原料被蒸发，与惰性载气，发生对流传质，原料蒸汽与惰性载气一起进入冷凝器2，原料蒸汽被冷凝，进入产品槽4，获得产品，而分离出的惰性载气通过循环装置3被送回加热蒸发器1，再次循环使用；蒸发后的原料被排出热蒸发器1。

                        实施例1

将0.5公斤盐酸/小时与0.05米³的氮气分别送入加热蒸发器1，加热到70℃，然后盐酸蒸汽与氮气一起进入冷凝器2，冷凝到30℃，盐酸蒸汽被冷凝，送入产品槽4，获得0.2公斤纯化的盐酸；氮气被循环泵3送回加热蒸发器1，循环使用。

采用ICP-MS方法进行检测：

原料的纯度为MOS级，产品的纯度为SEMI C8级。

Claims (5)

1.一种低温蒸发、冷却生产超净高纯试剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：将原料与惰性载气分别送入加热蒸发器，加热到原料的沸点以下2～30℃，在低温下原料被蒸发，原料蒸汽与惰性载气一起进入冷凝器，原料蒸汽被冷凝获得产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，原料的纯度为MOS级。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所说的惰性载气选自氮气、氩气。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所说的原料选自盐酸、硝酸或氢氟酸。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所说的惰性载气选自氮气、氩气。

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