[發明專利]半導體制程常壓廢氫氣全溫程變壓吸附提純再利用的方法

有效

• 申請號: 201810533165.3
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108715436B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 鐘雨明;陳運;劉開莉;蔡躍明
• 申請（專利權）人: 四川天采科技有限責任公司
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;B01D53/04;B01D47/02;B01D53/26;B01D53/40;B01D53/42;B01D53/44;B01D53/46;B01D53/75;B01D53/78;C01B3/56
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 蔣秀清;李春芳

本發明公開了一種半導體制程常壓廢氫氣全溫程變壓吸附提純再利用的方法，通過預處理、變溫吸附粗脫、變壓吸附提純及氫氣純化工序，將來自半導體制程中各個工序所產生的含氫廢氣，包括化學氣相沉積、摻雜、光刻、清洗，以及其它工序尾氣經過現場處理與中央集中處理后的燃燒與洗滌后的排放氣或進入氫排放系統的含氫廢氣提純至符合半導體制程所需的電子級氫氣標準，實現廢氫氣資源再利用，氫氣收率大于等于70～85％。本發明解決了半導體制程常壓廢氫氣回收無法返回到半導體制程中加以使用的技術難題，為半導體產業綠色與循環經濟發展填補了空白。

技術領域

本發明涉及半導體制造過程中的制程氫氣的制備與廢氫氣回收再利用技術的領域，具體涉及一種半導體制程常壓廢氫氣全溫程變壓吸附提純再利用的方法。

背景技術

電子級氫氣(PH₂，含氫量≥99.99999％(7N)，以下類同)作為一種特種氣體，是現代電子工業不可或缺的重要化學品原料之一，而半導體產業是現代電子工業的核心，其制程大致分為上游的晶圓制造、中游的IC(集成電路)制造、下游IC封裝及周邊相關的光罩、設計、應用等產業。半導體產業的基礎是硅材料產業，其中，90％以上的半導體器件(TFT-LCD(平板顯示器)、OLED等)和集成電路，尤其是超大規模集成電路(ULSI)都是制作在高純優質的硅單晶拋光片和外延片上的。近幾年，全球以晶圓硅片為主的半導體產業規模已達到幾萬億美元，比如，硅晶芯片制造與代工，韓國、中國大陸及臺灣已占據該產業的60％以上。中國近十年累計進口芯片金額已超過1.8萬億美元，2016年更是達到了近2,300億美元，已經超過石油進口額1,1160億美元的1倍多，成為中國進口額最大的大宗產品。

一個典型的硅晶芯片生產過程(制程)有400～500道工序步驟，其中大約需要使用50～100多種氣體。PH₂作為一種大宗氣體，用量比較大，主要用于硅晶芯片制程的工藝氣體之一，比如，PH₂作為摻雜用氣體、外延用氣體、離子注入用氣體、刻蝕氣體、清洗氣體、制造過程中各種設備使用的惰性氣體，以及等使用。PH₂在硅晶芯片的化學氣相沉積(CVD)外延載氣與保護氣、等離子氣體清洗，以及作為合成類似砷烷(AsH₃)、磷烷(PH₃)等含氫氣體的氫分子來源等，尤其是在硅晶芯片薄膜制備與外延制程中的化學氣相沉積(CVD)工序中，PH₂的純度直接影響到硅晶芯片的質量。

目前，國內外有幾種以純氫或高純氫(H₂含量大于5N)為原料氣生產PH₂的方法，比如工業上比較成熟的有深冷(超低溫)吸附法、鈀膜(管)擴散法，以及儲氫合金(金屬)吸氣法等氫氣純化方法。半導體生產廠中，大部分是從電解水中得到5N級的氫氣作為生產PH2原料氣，即，這些制備PH₂的成熟方法，對原料氫氣中的微量雜質有較大的限制，比如，鈀膜法原料氣中一氧化碳(CO)、氯(Cl)、硫(S)、氨(NH3)、氮氣(N₂)、氧氣(O₂)、水(H₂O)等微量雜質引起金屬鈀脆化與中毒、總雜質含量小于1～2ppm；金屬吸氣劑法原料氣中的總烴(TCH)、總砷(AsH₃)、總磷(PH₃)、硅烷(SiH₄)、總氯(Cl)等雜質含量均要小于0.1～0.3ppm。由于電解水得到的原料氫氣中的雜質組分相對較少，容易滿足鈀膜、金屬吸氣劑等氫氣純化工藝進料的要求。