[发明专利]半导体制程常压废氢气全温程变压吸附提纯再利用的方法

说明书

本发明公开了一种半导体制程常压废氢气全温程变压吸附提纯再利用的方法，通过预处理、变温吸附粗脱、变压吸附提纯及氢气纯化工序，将来自半导体制程中各个工序所产生的含氢废气，包括化学气相沉积、掺杂、光刻、清洗，以及其它工序尾气经过现场处理与中央集中处理后的燃烧与洗涤后的排放气或进入氢排放系统的含氢废气提纯至符合半导体制程所需的电子级氢气标准，实现废氢气资源再利用，氢气收率大于等于70～85％。本发明解决了半导体制程常压废氢气回收无法返回到半导体制程中加以使用的技术难题，为半导体产业绿色与循环经济发展填补了空白。

技术领域

本发明涉及半导体制造过程中的制程氢气的制备与废氢气回收再利用技术的领域，具体涉及一种半导体制程常压废氢气全温程变压吸附提纯再利用的方法。

背景技术

电子级氢气(PH₂，含氢量≥99.99999％(7N)，以下类同)作为一种特种气体，是现代电子工业不可或缺的重要化学品原料之一，而半导体产业是现代电子工业的核心，其制程大致分为上游的晶圆制造、中游的IC(集成电路)制造、下游IC封装及周边相关的光罩、设计、应用等产业。半导体产业的基础是硅材料产业，其中，90％以上的半导体器件(TFT-LCD(平板显示器)、OLED等)和集成电路，尤其是超大规模集成电路(ULSI)都是制作在高纯优质的硅单晶抛光片和外延片上的。近几年，全球以晶圆硅片为主的半导体产业规模已达到几万亿美元，比如，硅晶芯片制造与代工，韩国、中国大陆及台湾已占据该产业的60％以上。中国近十年累计进口芯片金额已超过1.8万亿美元，2016年更是达到了近2,300亿美元，已经超过石油进口额1,1160亿美元的1倍多，成为中国进口额最大的大宗产品。

一个典型的硅晶芯片生产过程(制程)有400～500道工序步骤，其中大约需要使用50～100多种气体。PH₂作为一种大宗气体，用量比较大，主要用于硅晶芯片制程的工艺气体之一，比如，PH₂作为掺杂用气体、外延用气体、离子注入用气体、刻蚀气体、清洗气体、制造过程中各种设备使用的惰性气体，以及等使用。PH₂在硅晶芯片的化学气相沉积(CVD)外延载气与保护气、等离子气体清洗，以及作为合成类似砷烷(AsH₃)、磷烷(PH₃)等含氢气体的氢分子来源等，尤其是在硅晶芯片薄膜制备与外延制程中的化学气相沉积(CVD)工序中，PH₂的纯度直接影响到硅晶芯片的质量。

目前，国内外有几种以纯氢或高纯氢(H₂含量大于5N)为原料气生产PH₂的方法，比如工业上比较成熟的有深冷(超低温)吸附法、钯膜(管)扩散法，以及储氢合金(金属)吸气法等氢气纯化方法。半导体生产厂中，大部分是从电解水中得到5N级的氢气作为生产PH2原料气，即，这些制备PH₂的成熟方法，对原料氢气中的微量杂质有较大的限制，比如，钯膜法原料气中一氧化碳(CO)、氯(Cl)、硫(S)、氨(NH3)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、水(H₂O)等微量杂质引起金属钯脆化与中毒、总杂质含量小于1～2ppm；金属吸气剂法原料气中的总烃(TCH)、总砷(AsH₃)、总磷(PH₃)、硅烷(SiH₄)、总氯(Cl)等杂质含量均要小于0.1～0.3ppm。由于电解水得到的原料氢气中的杂质组分相对较少，容易满足钯膜、金属吸气剂等氢气纯化工艺进料的要求。