一种正硅酸乙酯的纯化方法与流程

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种正硅酸乙酯的纯化方法。

背景技术：

半导体工艺形成氧化层的方法主要有热氧化(针对能形成自身稳定氧化层的半导体材料)、低压化学气相淀积(lpcvd)、等离子增强化学气相淀积(pecvd)和常压化学气相淀积(apcvd)等，其中由于apcvd要求的气流量大，且工艺产生颗粒相对较多，目前大多数半导体工艺已很少使用。

正硅酸乙酯(teos)用于lpcvd时，teos从液态蒸发成气态，在700～750℃、300mtor压力下分解在硅片表面淀积生成二氧化硅薄膜，二氧化硅薄膜沉积的速率可以达到50à/min，薄膜的厚度均匀性小于3％，这些优良的工艺特性和其在使用安全性方面的显著特点已逐步成为沉积二氧化硅薄膜的主流工艺。

应用正硅酸乙酯(teos)lpcvd技术实现二氧化硅在sic晶片表面的淀积，可在一定程度上弥补sic氧化层过薄和pecvd二氧化硅层过于疏松的弊端。采用teoslpcvd技术与高温氧化技术的合理运用，既保证了氧化层介质的致密性和与sic晶片的粘附能力，又提高了器件的电性能和成品率，同时避免了为获得一定厚度氧化层长时间高温氧化的不足。采用此技术后，sic芯片的直流成品率得到提高，微波功率器件的对比流片结果显示微波性能也得到了明显的提升，功率增益比原工艺提高了1.5db左右，功率附加效率提升了近10％。

但lpcvd工艺要求正硅酸乙酯为高纯正硅酸乙酯，其中金属离子含量是检测产品是否合格的关键性指标，对于高纯正硅酸乙酯的质量起着决定性的作用。对于超高纯正硅酸乙酯，需要满足每种金属离子的含量小于等于0.02ppb，而原料中的含量是最终产品标准的几十倍，因此需要对生产过程中的每个环节进行控制，才能保证最终产品的品质。

在高纯正硅酸乙酯生产中，最常用的一个环节为汽化，但现有汽化系统不能很好地去除原料的汽化过程中产生的微小液滴，从而导致现有汽化工艺不能很好地除去原料teos中的重烃和金属离子，给后续的生产造成一定的负担，也使生产高纯正硅酸乙酯存在质量风险。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种正硅酸乙酯的纯化方法，该纯化方法在汽化的同时可除去金属离子。

本发明提供了一种正硅酸乙酯的纯化方法，包括：

将原料正硅酸乙酯在汽化器中汽化，并依次通过汽化器上部的第一纤维床除沫器、第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器，得到正硅酸乙酯蒸汽；所述第一纤维床除沫器的孔径为1～20μm；所述第二纤维床除沫器的孔径为2～10μm；所述第三纤维床除沫器的孔径为0.1～2μm。

优选的，所述汽化器中的加热介质为蒸汽；所述蒸汽的温度为160℃～200℃。

优选的，所述原料正硅酸乙酯的流速为150～250kg/h。

优选的，所述汽化器设置有放空管道。

优选的，所述放空管道的开启度为1％～5％。

优选的，所述汽化器设置有排污口。

优选的，所述排污口的开启度为5％～10％。

优选的，所述原料正硅酸乙酯的液面与第一纤维床除沫器的高度为2.5～3米。

优选的，所述第一纤维床除沫器与第二纤维床除沫器之间的距离为0.1～0.5米。

优选的，所述第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器之间的距离为0.1～0.5米。

本发明提供了一种正硅酸乙酯的纯化方法，包括：将原料正硅酸乙酯在汽化器中汽化，并依次通过汽化器上部的第一纤维床除沫器、第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器，得到正硅酸乙酯蒸汽；所述第一纤维床除沫器的孔径为1～20μm；所述第二纤维床除沫器的孔径为2～10μm；所述第三纤维床除沫器的孔径为0.1～2μm。与现有技术相比，本发明利用三层不同孔径的纤维床除沫器将汽化后的正硅酸乙酯进行处理，可以分离气态正硅酸乙酯中直径大于0.1μm的液体，除沫效率达到95％以上，还可起到分离金属离子与油类重烃的作用，因此本发明在汽化正硅酸乙酯的同时还大大降低了正硅酸乙酯蒸汽重烃及金属离子的含量，起到了初级提纯作用，保证了进入后期处理系统的正硅酸乙酯蒸汽的质量。

附图说明

图1为本发明实施例中所用汽化器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种正硅酸乙酯的纯化方法，包括：将原料正硅酸乙酯在汽化器中汽化，并依次通过汽化器上部的第一纤维床除沫器、第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器，得到正硅酸乙酯蒸汽；所述第一纤维床除沫器的孔径为1～20μm；所述第二纤维床除沫器的孔径为2～10μm；所述第三纤维床除沫器的孔径为0.1～2μm。

其中，所述原料正硅酸乙酯为本领域技术人员熟知的正硅酸乙酯原料即可，通常正硅酸乙酯的纯度为99％，其中包含的杂质有：水分、乙醇、甲醇、丙醇及金属离子等。

将原料正硅酸乙酯在汽化器中汽化；为使进出汽化器的正硅酸乙酯量保持平衡，能够连续不断的进料和出料，所述原料正硅酸乙酯的流速优选为150～250kg/h；所述原料正硅酸乙酯优选通过屏蔽泵控制其进入汽化器中的量；所述汽化器中的加热介质优选为蒸汽；所述蒸汽的温度优选为160℃～200℃，更优选为170℃～185℃；所述汽化器优选设置有加热介质进口与加热介质出口；加热介质蒸汽从加热介质进口进入，经热交换后，冷凝下来的热水通过加热介质出口流出汽化器，以保证汽化时的热源供给；所述汽化器中的换热器为本领域技术人员熟知的换热器即可，本发明中优选为管式换热器，更优选为螺旋翅片管式换热器，再优选为高频焊螺旋翅片管式换热器。采用高频焊螺旋翅片管式换热器，在不改变换热器占地面积的情况下，总换热面积比原有换热器增加了3.5倍。

所述汽化器的上部依次设置有第一纤维床除沫器、第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器；换热器与第一纤维床除沫器之间为汽化空间；所述换热器与第一纤维床除沫器之间的距离优选为2.5～3米；所述第一纤维床除沫器的孔径为1～20μm，用以捕捉汽化后的正硅酸乙酯中直径为5～10μm的雾粒；所述第一纤维床除沫器的厚度优选为0.1～0.15米；第一纤维床除沫器与第二纤维床除沫器之间及第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器之间均为正硅酸乙酯初级提纯空间，所述第一纤维床除沫器与第二纤维床除沫器之间的距离优选为0.1～0.5米；所述第二纤维床除沫器与第三床纤维除沫器之间的距离优选为0.1～0.5米；第二纤维床除沫器的孔径为2～10μm，用以捕捉汽化后的正硅酸乙酯中直径为2～5μm的雾粒；所述第二纤维床除沫器的厚度优选为0.1～0.15米；第三纤维床除沫器的孔径为0.1～2μm，用以捕捉汽化后的正硅酸乙酯中直径为0.1～2μm的雾粒；所述第三纤维床除沫器的厚度优选为0.1～0.15米；所述汽化器的正硅酸乙酯蒸汽出口优选设置有汽化器的顶部，汽化后的正硅酸乙酯依次通过第一纤维床除沫器、第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器，使得到的正硅酸乙酯蒸汽中不含有大于0.1μm的雾粒，大大降低了重烃及金属离子在气体中的含量，保证了进入后续处理系统的正硅酸乙酯蒸汽的质量。

在本发明中，所述汽化器优选还设置有放空管道；所述放空管道优选位于第一纤维床除沫器的下方侧壁上；在汽化过程中，所述放空管道的开启度优选为1％～5％，可部分除去正硅酸乙酯蒸汽中的轻组分。

所述汽化器优选还设置有排污口；所述排污口优选位于汽化器的底部；在汽化过程中，所述排污口的开启度优选为5％～10％，使得在汽化器底部被负极的重烃和金属离子被排出汽化器。

按照本发明，所述汽化器中优选还设置有液位计，用以监控汽化器中正硅酸乙酯液体的量，可随时监控汽化器的负荷，保证汽化的效果。

在本发明中，所述汽化器中的换热器、各部件及联接管道等设备均优选采用电解抛光的316l不锈钢材质制成。

本发明利用三层不同孔径的纤维床除沫器将汽化后的正硅酸乙酯进行处理，可以分离气态正硅酸乙酯中直径大于0.1μm的液体，除沫效率达到95％以上，还可起到分离金属离子与油类重烃的作用，因此本发明在汽化正硅酸乙酯的同时还大大降低了正硅酸乙酯蒸汽重烃及金属离子的含量，起到了初级提纯作用，保证了进入后期处理系统的正硅酸乙酯蒸汽的质量。

为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种正硅酸乙酯的纯化方法进行详细描述。

以下实施例中所用的试剂均为市售。

实施例

采用图1所示的汽化器，其中1为汽化器，2为正硅酸乙酯蒸汽出口，3为放空管道，4为正硅酸乙酯原料进口，5为加热介质进口，6为纤维床除沫器，7为高频焊螺旋翅片管式换热器，8为液位计口，9为排污口，10为加热介质出口；换热器与第一纤维床除沫器之间的距离为3米；第一纤维床除沫器与第二纤维床除沫器之间的距离为0.5米；第二纤维床除沫器与第三纤维床除沫器之间的距离为0.5米；第一纤维床除沫器、第二纤维床除沫器及第三纤维床除沫器的厚度均为0.15米。

teos汽化采用蒸汽作为热源，蒸汽经过汽化器上的蒸汽进口(5)进入高频焊螺旋翅片管换热器(7)，通过换热管(7)与原料teos充分接触，保证原料teos的汽化，换热后的热水经热水出口(10)排出汽化器。

汽化器侧壁连有放空管道(3)，经放空管道(3)可将原料teos中的氮气、氧气、甲烷等轻组分进行放空。汽化器上安装有液位计(8)，可随时监控汽化器的负荷，保证汽化的效果。

(1)原料teos(其中金属离子的组成见表1)通过屏蔽泵经由teos原料进口(4)连续不断进入汽化器内部，通过屏蔽泵控制进入汽化器的teos的量维持在150～250kg/h，使进出汽化器的teos量保持平衡，能够连续不断的进料和出料。

(2)蒸汽经加热介质进口(5)进入高频焊螺旋翅片管(7)中，控制蒸汽的温度在160℃至200℃左右，通过蒸汽加热，使原料teos充分汽化，被冷凝下来的热水通过加热介质出口(10)流出汽化器(1)。

(3)经过汽化后的teos进入三层纤维床除沫器(6)，第一层纤维床除沫器的孔径为1～20微米，优选10微米，用以捕捉teos中直径在5～10微米的雾粒；第二层纤维床除沫器的孔径为2～10微米，优选2微米，用以捕捉teos中直径在2～5微米的雾粒；第三层纤维床除沫器的孔径为0.1～2微米，优选0.1微米，用以捕捉teos中直径在0.1～2微米的雾粒。通过三层纤维床除沫器，保证了汽化后进入原料气体出口管道(2)中的teos蒸汽中不含有大于0.1微米的雾粒，大大降低了重烃及金属离子在气体中的含量，保证了进入后系统的teos原料气的质量。

(4)保持在气化过程中放空管道(3)1％～5％的开启度，可部分除去原料气中的轻组分；保持排污口(9)5％～10％的开启度，使得在汽化器底部被富集的重烃和金属离子被排出汽化器。

分别选择三种不同的蒸汽温度作为热源，选择的温度分别为160～170度，170～185℃，185～200℃，三层纤维除沫器为第一层1～20微米，第二层2～10微米，第三层0.1～2微米。分析结果见表2，通过不同温度的选择可以发现，当选用蒸汽温度为160～170℃时，虽然汽化后teos中的金属离子含量较低，但是汽化量明显不足，影响了后续的产量；选用蒸汽温度为185～200度时，出口teos中的金属离子含量最高。最优化的蒸汽温度选择是170～185度。

对于纤维除沫器，分别单独选择三层10微米，2微米和0.1微米的纤维除沫器进行了研究，研究结果见表3，通过这些分析结果可以发现，单独采用三层1～20微米和2～10微米的纤维除沫器，汽化器对于小颗粒的雾粒去除效果较差，金属离子去除效果不理想；单独采用0.1～2微米的纤维除沫器，阻力较大，影响了汽化量，也就影响了产量，实际应用中不予单独使用。因此，工业生产中采用第一层1～20微米，第二层2～10微米，第三层0.1～2微米的纤维除沫器是最优化的选择。

表1原料正硅酸乙酯及最终产品中金属离子检测结果

表2不同实施条件下得到的正硅酸乙酯蒸汽中金属离子检测结果

表3不同实施条件下得到的正硅酸乙酯蒸汽中金属离子检测结果(三层除沫器采用不同规格)

备注：条件a：三层除沫器均为1～20微米。

条件b：三层除沫器均为2～10微米。

条件c：三层除沫器规格分别为第一层1～20微米，第二层2～10微米，第三层0.1～2微米。