超凈高純電子化學試劑———異丙醇制備方法
梁 凱
（黑龍江省化工研究院,黑龍江 哈爾濱 150078）
摘 要：本文介紹了用含量98%的工業(yè)級異丙醇經(jīng)過金屬離子絡合劑處理、脫水處理、微濾膜過濾、多級精餾、鈉濾膜過濾制備超凈高純電子化學試劑———異丙醇的制備方法。該方法制備的超凈高純異丙醇符合半導體技術(shù)的芯片及硅園片的清洗和刻蝕的要求。
關(guān)鍵詞:超凈高純異丙醇；金屬離子絡合劑；多級精餾；納濾膜過濾
中圖分類號：TQ224.23 文獻標識碼：A 文章編號：1002-1124（2011）07-0063-02
隨著半導體技術(shù)的迅速發(fā)展，對超凈高純試劑的要求越來越高。在集成電路（IC）的加工過程中，超凈高純試劑主要用于芯片及硅園片表面的清洗和刻蝕，其純度和清潔度對集成電路的成品率、電性能及可靠性有著十分重大的影響。超凈高純異丙醇作為一種重要的微電子化學品已經(jīng)廣泛用于半導體、大規(guī)模集成電路加工過程中的清洗、干燥等方面。隨著 IC的加工尺寸已經(jīng)進入亞微米、深亞微米時代，對與之配套的超凈高純異丙醇提出了更高的要求，要求顆粒和雜質(zhì)含量降低 1～3 個數(shù)量級，達到國際半導體設(shè)備和材料組織制定的SEMI- C12標準，其中金屬陽離子含量小于 0.1×10- 9，顆粒大小控制在 0.5μm以下。
目前，超凈高純異丙醇通常是以工業(yè)級異丙醇為原料純化精致而成。精餾是工業(yè)化提純異丙醇的主要方法，包括共沸精餾、萃取精餾等。但是用于微電子化學品工業(yè)的超凈高純異丙醇對其中金屬雜質(zhì)，顆粒大小含量和陰離子的要求十分苛刻，精餾工藝已經(jīng)無法滿足要求。
現(xiàn)有文獻公布的超凈高純異丙醇的制備方法，以工業(yè)異丙醇為原料，以碳酸鹽調(diào)節(jié) pH 值，加入脫水劑，進行回流反應，經(jīng)精餾、蒸餾、膜過濾，得到符合國際半導體設(shè)備和材料組織制定的SEMI- C12標準的超純異丙醇。這一公開報道的制備方法無法穩(wěn)定控制產(chǎn)品質(zhì)量，特別是產(chǎn)品中金屬離子含量以及顆粒雜質(zhì)大小。
本項目引進、吸收、消化俄羅斯的先進技術(shù)，克服現(xiàn)有技術(shù)的高純異丙醇產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，不能滿足超大規(guī)模集成電路加工要求的不足，提供一種工藝連續(xù)性強、分離效果好、純度高、雜質(zhì)含量低的超凈高純異丙醇的制備方法及其裝置。
1實驗部分
1.1試驗用料及儀器
異丙醇（含量 98%）；金屬離子絡合劑：雙烯丙基冠醚與含氫硅油加成制得的有機硅高分子絡合劑；脫水劑：分子篩、MgSO4、CaCl2、CaH2酸酐、硅膠。
原料槽、絡合處理器、脫水處理器、微濾器、精餾塔、納濾器、接收器。
1.2異丙醇精致工藝流程
1.3異丙醇精致工藝及條件
先將工業(yè)級的異丙醇（98%）原料與異丙醇原料重量 0.5%～0.2%的金屬離子路合計在絡合處理器中混合，常溫常壓 30～60min 后進入脫水處理器。在脫水處理器里與異丙醇原料重量 0.1%～1.0%的脫水劑在 60～100℃溫度下混合 60～120min，再在0.1～0.2MPa 的運行壓力下經(jīng)納濾器的納濾膜過濾后進入成品接收器。
所述的金屬離子絡合劑為雙烯丙基冠醚與含氫硅油加成制得的有機硅高分子絡合劑；所述雙烯丙基冠醚為雙烯丙基18-冠 - 6 醚或雙烯丙基 12-冠 - 4 醚或雙烯丙基 15- 冠 - 5 醚；所述工藝中的高分子金屬離子絡合劑可以通過化學處理進行有效地回收并循環(huán)使用；所述的脫水劑為分子篩、MgSO4、CaCl2、CaH2、酸酐或硅膠；所述的精餾塔為四級精餾塔，精餾壓強為 0～0.3MPa、溫度為 50～100℃，回流比為 0.3～2；精餾塔所用材質(zhì)為高純石英；微濾膜過濾時的壓力選擇為 0.5、0.6 或 0.8MPa，所述的微濾膜、納濾膜為高密度聚乙烯材質(zhì)；所述的微濾膜口徑為 0.2～0.8μm，所述的納濾膜口徑為0.5～1.5nm；所述的凈化環(huán)境的超凈指數(shù)為 100 級。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，由于采用了有機硅高分子冠醚金屬離子絡合劑，該絡合劑是一種新型的金屬離子絡合劑，具有易加工、價格低廉、毒性小和便于回收的優(yōu)點。冠醚分子中具有一定的空穴，金屬離子可以鉆到空穴中與醚鍵絡合。其具有大的絡合常數(shù)和高選擇性?？梢源蟠蠼档彤a(chǎn)品重金屬離子的含量。通過微濾和納濾可以系統(tǒng)地、有效地脫出產(chǎn)品中包括有機大分子、細菌、病毒及陰離子雜質(zhì)。
2結(jié)果與討論
異丙醇采用本實驗方法靜止后的超凈高純異丙醇的技術(shù)指標，采用氣象色譜分析含量，采用ICP- MS分析陽離子，采用離子色譜分析陰離子，采用激光顆粒計數(shù)儀測定塵埃顆粒，測定結(jié)果見表 1。
表 1 異丙醇指標測定
Tab.1 Determination of isopropanol indexes
由表 1 可見，本實驗結(jié)果提出的制備超凈高純異 丙 醇 是 可 行 的 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 達 到 或 超 過 了SEMI- C12標準水平。
本制備方法克服了其他制備異丙醇工藝的分離雜質(zhì)困難、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等缺點，有效去除了工業(yè)級異丙醇中的有機碳、陰陽離子和顆粒雜質(zhì)，制得的的產(chǎn)品異丙醇含量大于 99.99%，單個陽離子含量低于 0.1×10- 9，單個陰離子含量低于 50×10- 9，（≥0.2μm，≤0.5μm） 塵埃顆粒低于 10 個·mL- 1，質(zhì)量符合國際半導體設(shè)備與材料組織 SEMI- C12 標準。所用工藝裝置還具有占地面積小，易自動化操作、質(zhì)量穩(wěn)定和連續(xù)生產(chǎn)等特點。
3結(jié)論
本方法具有工藝連續(xù)性強、分離效果好、純度高、雜質(zhì)含量低等特點，易于工業(yè)化生產(chǎn)，該研發(fā)方法屬國內(nèi)領(lǐng)先。
本方法提純的異丙醇，可廣泛應用于半導體、大規(guī)模集成電路加工過程中的清洗、干燥等方面，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
來源：中國化學試劑網(wǎng)
