梁 凱

（黑龍江省化工研究院,黑龍江 哈爾濱 150078）

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)超凈高純?cè)噭┑囊笤絹?lái)越高。在集成電路（IC）的加工過(guò)程中，超凈高純?cè)噭┲饕糜谛酒肮鑸@片表面的清洗和刻蝕，其純度和清潔度對(duì)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(xué)品已經(jīng)廣泛用于半導(dǎo)體、大規(guī)模集成電路加工過(guò)程中的清洗、干燥等方面。隨著IC的加工尺寸已經(jīng)進(jìn)入亞微米、深亞微米時(shí)代，對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備和材料組織制定的SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)，其中金屬陽(yáng)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(jí)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(xué)品工業(yè)的超凈高純異丙醇對(duì)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(wú)法滿足要求。

現(xiàn)有文獻(xiàn)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(jìn)行回流反應(yīng)，經(jīng)精餾、蒸餾、膜過(guò)濾，得到符合國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備和材料組織制定的SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)的超純異丙醇。這一公開(kāi)報(bào)道的制備方法無(wú)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(xiàng)目引進(jìn)、吸收、消化俄羅斯的先進(jìn)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(qiáng)、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(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)用料及儀器

異丙醇（含量98%）；金屬離子絡(luò)合劑：雙烯丙基冠醚與含氫硅油加成制得的有機(jī)硅高分子絡(luò)合劑；脫水劑：分子篩、MgSO4、CaCl2、CaH2酸酐、硅膠。

原料槽、絡(luò)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(jí)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(jì)在絡(luò)合處理器中混合，常溫常壓30～60min后進(jìn)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(yùn)行壓力下經(jīng)納濾器的納濾膜過(guò)濾后進(jìn)入成品接收器。

所述的金屬離子絡(luò)合劑為雙烯丙基冠醚與含氫硅油加成制得的有機(jī)硅高分子絡(luò)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(luò)合劑可以通過(guò)化學(xué)處理進(jìn)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(jí)精餾塔，精餾壓強(qiáng)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(guò)濾時(shí)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(jí)。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，由于采用了有機(jī)硅高分子冠醚金屬離子絡(luò)合劑，該絡(luò)合劑是一種新型的金屬離子絡(luò)合劑，具有易加工、價(jià)格低廉、毒性小和便于回收的優(yōu)點(diǎn)。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(luò)合。其具有大的絡(luò)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(guò)微濾和納濾可以系統(tǒng)地、有效地脫出產(chǎn)品中包括有機(jī)大分子、細(xì)菌、病毒及陰離子雜質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

異丙醇采用本實(shí)驗(yàn)方法靜止后的超凈高純異丙醇的技術(shù)指標(biāo)，采用氣象色譜分析含量，采用ICP-MS分析陽(yáng)離子，采用離子色譜分析陰離子，采用激光顆粒計(jì)數(shù)儀測(cè)定塵埃顆粒，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 異丙醇指標(biāo)測(cè)定Tab.1 Determination of isopropanol indexes

由表1可見(jiàn)，本實(shí)驗(yàn)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(dá)到或超過(guò)了SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)，有效去除了工業(yè)級(jí)異丙醇中的有機(jī)碳、陰陽(yáng)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(gè)陽(yáng)離子含量低于0.1×10-9，單個(gè)陰離子含量低于50×10-9，（≥0.2μm，≤0.5μm） 塵埃顆粒低于 10個(gè)·mL-1，質(zhì)量符合國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料組織SEMI-C12標(biāo)準(zhǔn)。所用工藝裝置還具有占地面積小，易自動(dòng)化操作、質(zhì)量穩(wěn)定和連續(xù)生產(chǎn)等特點(diǎn)。

3 結(jié)論

本方法具有工藝連續(xù)性強(qiáng)、分離效果好、純度高、雜質(zhì)含量低等特點(diǎn)，易于工業(yè)化生產(chǎn)，該研發(fā)方法屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。

本方法提純的異丙醇，可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、大規(guī)模集成電路加工過(guò)程中的清洗、干燥等方面，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。