半导体用剧毒气体干法解毒装置的研制.docVIP

半导体生产用剧毒气体解毒解毒技术的研究 孙福楠 吴江红 冯庆祥 （光明化工研究设计院 大连市481信箱 116031 ） 摘要：在半导体制造过程中，需要使用大量有毒性气体，如SiH4、B2H6 、Si2H6、GeH4、PH3、CH3Br、H2S、H2Se、AsH3等。这些气体易燃、易爆、有毒对人身及环境有相当的危害，为了确保产IC等新型半导体材料产业顺利发展，开展气体解毒研究意义重大。传统上采用酸、碱、氧化剂的湿法工艺，存在许多弊病，近年来，剧毒气体干法解毒技术发展迅猛，本文介绍了该技术的原理，希望国产解毒装置能适应IC发展要求。 键词：半导体、剧毒有害气体、SiH4、B2H6 、 GeH4、PH3、AsH3、干法解毒 前言 SiH4、B2H6、GeH4、PH3、AsH3等超纯电子气体被称为IC产业不可缺少的“源”。半导体生产过程的每一步都里离不开各种气体，这些气体几乎都存在一定的危害性，有些气体即便有丝毫的泄露都可能酿成严重的事故。 同时在气瓶残存气体的处理过程，也涉及到大量的剧毒有害气体，从某种意义上讲，要发展微电子、光电子、甚至特种气体的生产，必须优先解决剧毒气体的无害化处理问题，否则，上述产业就不能健康有序发展。 发达国家在此方面作出了很多工作，尤其日本科学家在剧毒气体解毒方面取得了许多专利，制造的干法解毒设备销往世界各地。我国LED生产厂所用的解毒装置几乎全为进口产品。随着IC产业迅猛发展，我国对干法解毒设备需求也将不断增多，因此，开展干法解毒技术研究，形成成型装置意义重大。 各种解毒方法及原理 2.1、湿法解毒技术 所谓的湿法解毒技术就是利用剧毒气体容易同酸、碱、氧化剂水溶液发生化学反应的原理，而实现解毒目的，湿发解毒的优点是：所用原料容易获得，并且价格低廉，吸收用的设备较为简单，该方法在处理大量气体时优点突出，2006年我们在日本参观时看到该类装置在处理硅烷。 SiH4+NaOH Na2SiO3+H2O NaOH 浓度为：4% AsH3+KMnO4 K2HAsO3+MnO2+H2O KMnO4（1%）及NaOCL（0.05%）PH3+CuSO4+H2O Cu2SO4+H3PO4+H2SO4 B2H6+NaOCL NaCL+H3BO3 FeCL3+AsH3+H2O =H3AsO3+ FeCL2+HCL 再生方法：FeCL2+O2+HCL= FeCL3+H2O 除上述反应外也有采用碘及碘化钾酸溶液的方法处理有毒气体：在100ml蒸馏水中溶解430g碘化钾，不断搅拌加入143g碘。15分钟后再加200ml水不断搅拌，直至碘全部溶解，最后再加1000ml蒸馏水。PH3 、AsH3通过上述碘及碘化钾酸溶液时，经过反应生成酸，氧化过程随PH值的大小分两级进行： PH3+I2+H2O H3PO2+HI （1） PH3+I2+H2O H3PO3+HI （2） 在较强的酸性介质中，反应按（2）进行的很快，决定着整个化学反应变化，随着反应的不断的生成酸，使开始中性的体系酸度不断增高，而在相同的吸收液中， AsH3按下列反应进行，生成砷酸： AsH3+I2+H2O H3AsO4+HI 2、2、燃烧解毒技术 燃烧法是利用这些气体的强烈燃烧的特点，通过燃烧将气体氧化成无毒氧化物，而实现解毒的目的，在燃烧时防止气体爆炸是十分重要的问题。在有火炬放空的工厂，该技术非常有效。 SiH4+O２ SiO2+H2O PH3+O2 P2O5+H2O B2H6+O2 B2O3+H2O 2、3、化学吸附法 该方法实际是化学吸收法的改良，针对吸收法存在的不足，吸附法是采用惰性单体如硅藻土添加碱性或氧化性添加剂如NaOH、KMnO4、FeCL3及变色指示剂来解毒，其化学反应原理同2.1。但净化深度比2.1高,对于气体处理量小,含量低的有毒气体较为适用,通常用于实验室尾气处理。国外某公司曾在我国展销过此类产品。 有毒气体添加剂及吸附量 毒性气体 允许浓度 10-6（V/V） 吸附量 反应成分 变色 AsH3 0.05 1.6 B 茶色 PH3 0.3 0.9 B 茶色 GeH4 0．2 1.6 B 乳白色 H2S 20 20 A.B 黄色 SiH4 5.0 30 A.B 乳白色 B2H6 0.1 10 A.C 乳白色 H2Se 0.05 54 A.B 乳白色 备注:吸附容量:升/千克;气体流速0.7cm/s;A - NaOH;B- KMnO4;C- H2O 2、4、干法解毒原理