高純氫氟酸的介紹與生產(chǎn)

1、高純氫氟酸的介紹與生產(chǎn)一、概述高純氫氟酸英文名hydrofluoricacid,分子式HF,分子量20.01。為無色透明液體，相對密度1.151.18，沸點112.2C，在空氣中發(fā)煙，有刺激性氣味,劇毒。能與一般金屬、金屬氧化物以及氫氧化物發(fā)生反應(yīng),生成各種鹽類。腐蝕性極強，能侵蝕玻璃和硅酸鹽而生成氣態(tài)的四氟化硅。易溶于水、醇，難溶于其他有機溶劑。高純氫氟酸為強酸性清洗、腐蝕劑，可與硝酸、冰醋酸、雙氧水及氫氧化銨等配置使用，主要應(yīng)用于集成電路(IC)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片的清洗和腐蝕，是微電子行業(yè)制作過程中的關(guān)鍵性基礎(chǔ)化工材料之一，還可用作分析試劑和制備高純度的含氟化學品。目前，在

2、國內(nèi)基本上是作為蝕刻劑和清洗劑用于微電子行業(yè)，其它方面用量較少。二、高純氫氟酸的分類國際SEMI(SemiconductorEquipmentandMaterialsInternational)標準化組織根據(jù)高純試劑在世界范圍內(nèi)的實際發(fā)展情況，按品種進行分類，每個品種歸并為一個指導性的標準，其中包括多個用于不同工藝技術(shù)的等級，具體見下表1。表1SEMI國際標準等級SEMI標準C1(Gradel)C7(Grade2)C8(Grade3)C12(Grade4)(Grade5)C11(VLSIGrade)金屬雜質(zhì)WlppmW10ppbW1ppbW0.1ppbW0.01ppbW50ppb控制粒徑卩m三

3、1.0三0.5三0.5W0.2/三0.5顆粒，個/mLW25W25W5/W250適應(yīng)范圍適用于1.2pmIC技術(shù)的制作適用于0.8-1.2pmIC技術(shù)的制作適用于0.2-0.6pmIC技術(shù)的制作適用于0.09-0.2pmIC技術(shù)的制作適用于2700個/100ml5CMOS級三5卩mW2700個/100mlW500ppb(2um（屬于標準電子級）（相當于ELSS級）BVII級三2卩mW200個/100ml1：nX10ppb三1.2um（屬于標準電子級EL級）（相當于ELSSs級）BVIII級三0.5umW25個/mlW10ppb0.81.2um（相當于SEMI-C7）（屬于超大規(guī)模集成電路級VL

4、SI或ULSI級）BVIV級三0.5umW5個/mlW1ppb0.206umBVV級三0.2umTBDW0.1ppb0.090.2um目前，因各微電子生產(chǎn)企業(yè)對高純氫氟酸要求的標準不同，可將其劃分為四個檔次：低檔產(chǎn)品，用于1.2口mIC工藝技術(shù)的制作；中低檔產(chǎn)品，適用于0.81.2口mIC工藝技術(shù)的制作；中高檔產(chǎn)品，適用于0.20.6口mIC工藝技術(shù)的制作；高檔產(chǎn)品，適用于0.090.2口m和V0.09口mIC工藝技術(shù)的制作。三、制備方法與工藝目前國內(nèi)外制備高純氫氟酸的常用提純技術(shù)有精餾、蒸餾、亞沸蒸餾、氣體吸收等技術(shù)，這些提純技術(shù)各有特性，各有所長。有的提純技術(shù)如亞沸蒸餾技術(shù)只能用于制備量少

5、的產(chǎn)品，而有的提純技術(shù)如氣體吸收技術(shù)可以用于大規(guī)模的生產(chǎn)。因此，選擇工藝技術(shù)路線時應(yīng)視實際情況而定。另外，由于氫氟酸具有強腐蝕性，采用蒸餾工藝時所使用的蒸餾設(shè)備一般需用鉑、金、銀等貴金屬或聚四氟乙烯等抗腐蝕性能力較強的材料來制造。高純氫氟酸生產(chǎn)裝置流程布置要以垂直流向為主，原料無水氫氟酸和高純水在上層，氫氟酸的提純在中層，過濾、包裝及儲存在底層。因為原料（無水氫氟酸和高純水）與中間產(chǎn)物可以依靠重力自上而下流動，避免用泵輸送，節(jié)省能耗，降低生產(chǎn)成本。下面介紹一種精餾、吸收相結(jié)合的生產(chǎn)高純氫氟酸的生產(chǎn)工藝。將無水氫氟酸經(jīng)過化學預處理后通過給料泵進入高位槽，再通過流量計控制進入精餾塔，通過精餾操作得

6、到精制后的氟化氫氣體，并將其送入吸收塔，精餾塔殘液定期排放并制成工業(yè)級氫氟酸。在吸收塔中，通過加入經(jīng)過計量后的高純水，使精餾后的氟化氫氣形成高純氫氟酸，并且可采用控制噴淋密度、氣液比等方法使高純氫氟酸進一步純化，得到粗產(chǎn)品。隨后再經(jīng)過超凈過濾工序，使產(chǎn)品進一步混合和得到過濾，保證產(chǎn)品的顆粒合格。最后在凈化室內(nèi)進行包裝得到最終產(chǎn)品高純氫氟酸。具體工藝流程見下圖1。AHF圖1：高純氫氟酸工藝流程圖雜質(zhì)砷是高純氫氟酸中需要控制的一種重要雜質(zhì)指標，在氫氟酸原料中砷般以三價態(tài)形式存在，而且AsF3與氫氟酸的沸點相差不大，所以僅靠精餾對其分離的效果不會十分理想。為去除雜質(zhì)砷，可在精餾過程中，加入適量的強氧

7、化劑（如高錳酸鹽等）將三價態(tài)的砷進行氧化，使其在精餾過程中沉積于塔釜中而被除去。四、配套設(shè)施1、分析控制與產(chǎn)品檢測隨著微電子行業(yè)制作技術(shù)的不斷發(fā)展，對高純氫氟酸的要求也越來越高所需控制的顆粒粒徑越來越小，金屬及非金屬雜質(zhì)含量的要求越來越低（雜質(zhì)都是微量甚至痕量即ppm甚至ppb/ppt/ppc級），這就要求生產(chǎn)企業(yè)須具有與之相匹配的分析控制與產(chǎn)品檢測的能力。然而，這些分析控制和產(chǎn)品檢測設(shè)備價格昂貴，操作技術(shù)專業(yè)性強且要求較高，一般中小型企業(yè)很難承擔和管理，因此，最終產(chǎn)品一般都是通過權(quán)威測試中心鑒定或直接交給用戶試使用與鑒定，以得到客戶認可。制備高純氫氟酸所應(yīng)有的測試儀器如下：（1）電感耦合等離

8、子高頻質(zhì)譜分析儀(ICPMS)；(2)電感耦合等離子原子發(fā)射分析儀(IePAES)；(3)原子吸收分光光度計；(4)氧原子發(fā)生無焰原子吸收分析儀；(5)離子色譜分析儀；(6)激光散射液體微粒計數(shù)器；(7)水表而雜質(zhì)分析系統(tǒng)；(8)原予間力顯微鏡；(9)光學顯微鏡微粒計數(shù)器；(10)掃描電子顯微鏡；(11)光學膜厚測定和表面仿形儀；(12)表面張力測定儀；(13)空氣中塵埃微粒測定儀；(14)水電阻率測定儀。2、高純水高純水是生產(chǎn)高純氫氟酸中不可缺少的原料，也是包裝容器的清洗劑，其純度將直接影響到高純氫氟酸的產(chǎn)品質(zhì)量。高純水的主要控制指標是電阻率和固體顆粒，其它輔助指標有可氧化的總碳量(TOC)、細菌、被溶解的二氧化硅、離子濃度等。目前，高純水的生產(chǎn)工藝較為成熟，較常見是先通過離子交換柱和微過濾器，得到普通純水，然后再采用反滲透、電滲析等各類膜技術(shù)進一步處理，最后配合殺菌和超微過濾便可得到高純水。3、包裝高純氫氟酸具有強腐蝕性，而且由于在IC制作行業(yè)使用質(zhì)量要求較高，所以對包裝技術(shù)的要求較為嚴格。首先，包裝容器必須具有防腐蝕性，其次要防止產(chǎn)品出現(xiàn)二次污染。目前最廣泛使用的材料是高密度聚乙烯(HDPE)、四氟乙烯和氟烷基乙烯基醚共聚物(PF