电子级氢氟酸生产工艺

    1 概述

   目前国内外制备电子级氢氟酸的常用提纯技术有精馏、蒸馏、亚沸蒸馏、减压蒸馏、气体吸收等技术，这些提纯技术各有特性，各有所长。如亚沸蒸馏技术只能用于制备量少的产品，气体吸收技术可以用于大规模的生产。另外，由于氢氟酸的强腐蚀性，采用蒸馏工艺温度较高时腐蚀会更严重，因此所使用的蒸馏设备一般需用铂、金、银等贵金属或聚四氟乙烯等抗腐蚀性能力较强的材料来制造。电子级氢氟酸生产装置设计与工艺流程布置密切相关，垂直流向布置，原料( 无水氢氟酸和高纯水) 与中间产物可以依靠重力自上而下流动，高纯氢氟酸的制备在中部，产品过滤、灌装及贮存在底层。此布置可减少泵输送，节省能耗，降低生产成本，同时可避免泵对产品的二次污染。

    2 生产工艺

    将工业无水氢氟酸经化学预处理后，进入精馏塔通过精馏操作，得到的氟化氢气体经冷却后，在吸收塔中用超纯水吸收，并采用控制喷淋密度、气液比等方法使电子级氢氟酸进一步纯化，随后经0.2μm以下超滤工序，最后在密闭洁净环境条件下( 百级以下) 进行灌装得到最终产品———电子级氢氟酸。

    3 生产方法的难点

    3.1 分析控制与产品检测要求高。

    制备电子级氢氟酸所应用的测试仪器如下: (1)电感耦合等离子高频质谱分析仪( ICP - MS)；(2)电感耦合等离子原子发射分析仪( ICP - AES)；(3)原子吸收分光光度计；(4)氧原子发生无焰原子吸收分析仪；(5)离子色谱分析仪；(6)激光散射液体微粒计数器；(7)水表面杂质分析系统；(8)原子间力显微镜；(9)光学显微镜微粒计数器；(10)扫描电子显微镜；(11)光学膜厚测定和表面仿形仪；(12)表面张力测定仪；(13) 空气中尘埃微粒测定仪；(14)水电阻率测定仪。

    3.2 对水质要求高，要求水的电阻率≥18.0MΩ•cm。

    高纯水是生产电子氢氟酸中不可缺少的原料,也是包装容器的清洗剂,其纯度将直接影响到电子级氢氟酸的产品质量。高纯水的主要控制指标是电阻率和固体颗粒,其他辅助指标有可氧化的总碳量(TOC) 、细菌、被溶解的二氧化硅、离子浓度等。目前,高纯水的生产工艺较为成熟,较常见是先通过离
子交换柱和微过滤器,得到普通纯水,然后再采用反渗透、电渗析等各类膜技术进一步处理,最后配合杀菌和超微过滤便可得到高纯水。

    3.3 对主要生产设备材料及设备制造技术、包装技术的要求较为严格。

    3.4 厂房、分析室、仓库等环境洁净度要求较高，与成品接触部分要达到100级。

    3.5 整个生产过程中对产品质量管理要求极高。

    4 生产工艺技术特征

    4.1杂质砷是电子级氢氟酸中需要控制的一种重要杂质指标，在氢氟酸原料中砷一般以三价态形式存在，而且AsF3与氢氟酸的沸点相差不大，所以仅靠精馏对其分离的效果不会十分理想。为去除杂质砷，可在精馏前，加入适量的强氧化剂（如高锰酸钾等）将三价态的砷进行氧化，使其在精馏过程中沉积于塔釜中而被除去。

    4.2生产设备与工艺：生产设备全采用碳钢衬聚四氟乙烯材料，生产工艺采用常压、全封闭、连续化，采用热水低温(小于100度)精馏.蒸馏工艺,工艺参数采用DCS集散控制系统生产。

    4.3高纯水制备：通过离子交换与过滤器先制得普通纯水，再经过反渗透、电渗析后进入杀菌、超微过滤制得高纯水。

    4.4在无水氢氟酸预处理槽边、精馏塔及蒸馏塔边、成品包装区设置HF有毒气体浓度探测、集中报警系统。

    4.5设置尾气吸收塔、碱吸收塔，尾气可达标排放。

    5 质量指标

    目前，因各微电子生产企业对电子级氢氟酸要求的标准不同，可将其划分为四个档次：①低档产品，用于>1.2μmIC工艺技术的制作；②中低档产品，适用于0.8～1.2μmIC工艺技术的制作；③中高档产品，适用于0.2～0.6μmIC工艺技术的制作；④高档产品，适用于0.09～0.2μm和＜0.09μm IC工艺技术的制作。

    产品包装方法：采用高密度聚乙烯（或四氟乙烯、氟烷基乙烯基醚共聚物、聚四氟乙烯）专用密封工艺制造塑料桶25公斤桶装。

    国际SEMI（Semiconductor Equipment and Materials International）标准化组织根据高纯试剂在世界范围内的实际发展情况，按品种进行分类，每个品种归并为一个指导性的标准，其中包括多个用于不同工艺技术的等级，具体见下表。