[發(fā)明專利]一種外延制程尾氣全溫程變壓吸附提取硅烷的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011537627.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN112645335B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪蘭海;鐘婭玲;鐘雨明;陳運(yùn);唐金財(cái);蔡躍明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江天采云集科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B33/04
• 分類號(hào): C01B33/04;B01D53/047;B01D53/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種外延制程尾氣全溫程變壓吸附提取硅烷的方法，通過預(yù)處理、壓縮冷凝、中溫變壓吸附濃縮、中淺冷精餾、硅烷精制與HCl水洗工序，從基于Si、SiC或藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行含氯或不含氯的同質(zhì)或異質(zhì)CVD外延制程尾氣中高純度、高收率的提純回收有效組分硅烷，并返回到CVD外延制程中循環(huán)使用，同時(shí)可副產(chǎn)鹽酸，既實(shí)現(xiàn)尾氣中有效組分的回收再利用，又減少了尾氣排放，彌補(bǔ)了外延制程尾氣回收與提純SiH4技術(shù)的空白。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電子及半導(dǎo)體材料制程中所需的硅源體-硅烷氣體的制備與純化，以及半導(dǎo)體制程尾氣的回收與循環(huán)再利用，更具體的說是涉及一種外延制程尾氣全溫程變壓吸附提取硅烷的方法。

背景技術(shù)

硅烷（SiH4）是電子及半導(dǎo)體材料制備中最基本的原料之一，工業(yè)上通常采用適合規(guī)模化生產(chǎn)的硅化鎂與氯化銨反應(yīng)法、三氯氫硅還原法、四氟化硅還原法，以及氯硅烷氫化二次歧化反應(yīng)（UCC）法。不同的生產(chǎn)工藝，所得到的粗硅烷中的雜質(zhì)組分有所不同，進(jìn)而所采用的分離與凈（純）化方法也有所不同，不過通常粗硅烷中含有氫氣（H2）、甲烷（CH4）、氧（O2）、一氧化碳（CO）等輕組分雜質(zhì)，氨（NH3）、水（H2O）、氯硅烷、硅氧烷、二氧化碳（CO2）等重組分雜質(zhì)，以及微量的硅（Si）/硅團(tuán)簇顆粒、金屬離子等雜質(zhì)，因而，在制備硅烷過程中，將粗硅烷提純脫除雜質(zhì)業(yè)已成為電子級(jí)硅烷制備的主要工藝。

硅烷的凈（純）化方法有許多，針對(duì)粗硅烷中的雜質(zhì)不同而采用的方法有所不同，主要有液化冷凍法、低溫精餾法、吸附法及其它方法，包括金屬吸氣劑法、水吸收法、膜分離法等。

液化冷凍法主要脫除與硅烷液化溫度相差較大的氣相雜質(zhì)，如H2、N2、CO等，這種方法比較耗能，在低于-118℃的操作條件下，需要大量的冷量將硅烷液化，而少量的不凝氣體逸出。而對(duì)于接近硅烷冷凝溫度的CH4或CO等氣相雜質(zhì)也很難處理干凈。同時(shí)，液化冷凍法也不適合含有更易液化的雜質(zhì)組分諸如NH3、乙烯等碳二及碳二以上的輕烴類組分（C2+）的粗硅烷的凈化。

低溫精餾法是較為普遍應(yīng)用的硅烷提純方法，該法是利用一定溫度（低溫）及壓力下SiH4與雜質(zhì)組分相對(duì)揮發(fā)度的差異，可采用兩個(gè)精餾塔工藝，把比硅烷更輕的H2及CH4，比硅烷更重的CO2、O2、C2+或氯硅烷等分離去除掉，但與硅烷沸點(diǎn)相近而導(dǎo)致的相對(duì)精餾揮發(fā)度分離系數(shù)較小的較輕組分CH4或較重組分CO含量時(shí)常超標(biāo)，很難得到更純的硅烷產(chǎn)品。由于CH4很容易與C2+組分形成平衡，因此，采用低溫精餾仍然不足以同時(shí)將CH4與C2+脫除干凈。

吸附法是利用硅烷與雜質(zhì)組分的分子動(dòng)力學(xué)直徑或在吸附劑中的吸附容量或吸附速率的差異性實(shí)現(xiàn)凈化分離，比如，采用5A分子篩進(jìn)行吸附，可以將動(dòng)力學(xué)直徑約4.84A的硅烷分子吸附而非吸附相的H2得以排出，解吸采用加溫方法得到高純的硅烷產(chǎn)品。但是，粗硅烷中還含有CH4、CO等動(dòng)力學(xué)直徑與硅烷相同的雜質(zhì)組分時(shí)，就可能發(fā)生共吸附或競爭性吸附現(xiàn)象，導(dǎo)致從吸附相中獲取的硅烷產(chǎn)品的純度受到很大影響。同時(shí)，由于硅烷不同的解吸條件下，還有一定的重新被吸附的能力，進(jìn)而解吸條件很難掌控，因此，吸附法通常應(yīng)用于粗硅烷中雜質(zhì)組分相對(duì)較少的工況。

硅烷的其它凈（純）化方法，最常用的是金屬吸氣劑，可以將O2、H2O、CO2等痕量雜質(zhì)脫除至ppb級(jí)。不過，正如H2/NH3等金屬吸氣劑，對(duì)進(jìn)入金屬吸氣劑的進(jìn)料氣有一定的要求，比如CH4、C2+或H2等含量有較嚴(yán)格的限制，防止金屬吸氣劑失活。因此，金屬吸氣劑一般是用于最后一道純化而直接進(jìn)入用氣工序。