高純安全氣體源的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高純安全氣體源的制備方法，在充滿惰性氣體環(huán)境中，將金屬或金屬前驅體加入裝有吸附劑的鋼瓶之中，在惰性氣體環(huán)境或真空環(huán)境下，使金屬成分均勻分布在吸附劑中并將其活化為對于氣體雜質具有化學活性的物質，真空脫氣后將高純氣體充裝于鋼瓶內。工藝簡單平穩(wěn)，易于控制，純化效率高，由于金屬載體采用的是吸附劑本身，制備過程非常安全簡潔，可利用安全生產(chǎn)源已有設備，成本優(yōu)勢明顯，特別適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】高純安全氣體源的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高純安全氣體源的制備方法，應用于半導體和其他電子元件生產(chǎn)中所使用的砷烷、磷烷和其他有毒氣體的制備以及純化。
【背景技術】
[0002]大規(guī)模集成電路制造的最主要工藝中，像離子注入和化學沉積，需要使用大量的砷烷(AsH3)，磷烷(PH3)和三氟化硼(BF3)等氣體材料。由于其劇毒性質和獨特的使用方法，必須采用安全的負壓包裝技術，也就是安全氣體源SDS? (Safe Delivery Source)。安全氣體源是一個以吸附劑為核心的氣體鋼瓶，與一般的高壓氣體鋼瓶相比，其特點是在保持儲氣量不變的情況下，能將鋼瓶壓力維持在一個大氣壓以下，也就是負壓水平。這樣在鋼瓶的使用中即使操作有誤或出現(xiàn)意外，都不會有毒氣外漏，達到了生產(chǎn)車間的安全需要。此技術由美國ATMI Inc.公司開發(fā)，由于其安全性，被半導體行業(yè)采納，應用于離子注入工藝過程。但是目前的產(chǎn)品存在以下缺點:氣體的純度不高。由于大量的吸附劑存在，當氣體吸附后，吸附劑表面的雜質會摻入氣體中，極大地降低了氣體的純度。因此，此技術目前還不能應用到更廣泛的工藝中。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種高純安全氣體源的制備方法。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):
高純安全氣體源的制備方法，特點是:在充滿惰性氣體環(huán)境中，將金屬或金屬前驅體加入裝有吸附劑的鋼瓶之中，在惰性氣體環(huán)境或真空環(huán)境下，使金屬成分均勻分布在吸附劑中并將其活化為對于氣體雜質具有化學活性的物質，真空脫氣后將高純安全氣體充裝于鋼瓶內，制備高純安全氣體源產(chǎn)品。
[0005]進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述吸附劑為活性炭、氧化鋁、氧化硅、分子篩和有孔樹脂中的至少一種。
[0006]更進一步地,上述的高純安全氣體源的制備方法,所述金屬為Ag、Cu、Cr、Al、K、Na、L1、Pd 或 Pt。
[0007]更進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述金屬前驅體為Al (CH3) 3、LiAlH4 或 LiBH4。
[0008]更進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述金屬在吸附劑中的含量為
0.001% Wt?10% Wt ;所述金屬前驅體在吸附劑中的含量為0.001% Wt?10% Wto
[0009]更進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述金屬和金屬前驅體的活化溫度為30?950°C。
[0010]更進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述惰性氣體為氮氣、氦氣或氬氣。[0011]更進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述氮氣、氦氣和氬氣的純度>99.999%。
[0012]再進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，所述純化后的高純安全氣體其單個含氧雜質含量低于lOOppmv。
[0013]再進一步地，上述的高純安全氣體源的制備方法，通過加熱鋼瓶或變化機械混合方法，搖動或滾動鋼瓶使金屬成分均勻分布在吸附劑中。
[0014]本發(fā)明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在:
本發(fā)明將能與氣體雜質反應的金屬或金屬前驅體直接載在吸附劑上，經(jīng)過活化后再將砷烷、磷烷和其他氣體吸附在吸附劑上，活化后可以效地將氣體吸附后存在的雜質除掉，從而達到純化安全氣體源的目的。工藝簡單平穩(wěn)，易于控制，純化效率高，由于金屬載體采用的是吸附劑本身，制備過程非常安全簡潔，可利用安全生產(chǎn)源已有設備，成本優(yōu)勢明顯，特別適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。鑒于純化劑與安全氣體鋼瓶融為一體，無需在輸氣裝置中使用外接純化器，大大提高了本技術的實用性和安全性。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明采用活性金屬，在均勻地載上吸附劑后，與吸附氣體過程中產(chǎn)生的各類雜質，特別是含氧雜質，發(fā)生反應并從氣體中除去，從而得到高純氣體。
[0016]高純安全氣體源的制備方法，特點是:在充滿惰性氣體環(huán)境中，將金屬或金屬前驅體加入裝有吸附劑的鋼瓶之中，在惰性氣體環(huán)境或真空環(huán)境下，通過加熱鋼瓶或變化機械混合方法，例如，搖動或滾動鋼瓶使金屬成分均勻分布在吸附劑中，并將其活化為對于氣體雜質具有化學活性的物質，真空脫氣后將高純安全氣體充裝于鋼瓶內。吸附過程中產(chǎn)生的雜質，特別是含氧的雜質，有效地被活性物質去除。
[0017]其中，吸附劑為活性炭、氧化鋁、氧化硅、分子篩和有孔樹脂中的至少一種。金屬為 Ag、Cu、Cr、Al、K、Na、L1、Pd 或 Pt，金屬前驅體為 Al (CH3) 3、LiAlH4 或 LiBH40 金屬在吸附劑中的含量為0.001% wt?10% wt ;金屬前驅體在吸附劑中的含量為0.001% wt?10%Wt0金屬和金屬前驅體的活化溫度為30?950°C。惰性氣體為氮氣、氦氣或氬氣以及與金屬和金屬前驅體沒有反應的氣體，氮氣、氦氣和氬氣的純度為299.999%o純化后的高純安全氣體其單個含氧雜質含量低于lOOppmv。10.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:高純安全氣體是用來制備高純安全氣體源產(chǎn)品的高純氣體，可以是高純憐燒，聞純神燒或聞純二氣化砸。
[0018]實施例1:
在充滿高純氦氣的手套箱中，將2g LiAlH4放入一個2.2升的高壓鋼瓶內，加入IlOOg經(jīng)過大于800°C處理的活性碳，將鋼瓶閥門裝上并檢查是否密封，確認無漏后將鋼瓶移出手套箱，通過滾動鋼瓶將瓶內物質混勻，將鋼瓶加熱到10(TC并用真空泵將鋼瓶抽空到lxlO-3mmHg，待鋼瓶冷卻后連接到砷烷充填裝置，將砷烷氣體充入瓶內。當鋼瓶壓力在25°C室溫達到650mmHg而且壓力沒有顯著變化后將鋼瓶從砷烷充填裝置取下。使用GC對充填完畢的鋼瓶內氣體進行分析。含氧雜質(02，H20)的總濃度小于lOppmv。將鋼瓶放置10天后重新分析，含氧雜質(O2, H2O)的總濃度小于lOppmv。
[0019]實施例2:在充滿高純氦氣的手套箱中，將5g LiBH4放入一個2.2升的高壓鋼瓶內，加入IlOOg經(jīng)過大于800°C處理的活性碳，將鋼瓶閥門裝上并檢查是否密封。確認無漏后將鋼瓶移出手套箱。通過滾動鋼瓶將瓶內物質混勻。將鋼瓶加熱到150°C并用真空泵將鋼瓶抽空到小于lX10-2_Hg。待鋼瓶冷卻后連接到砷烷充填裝置，將砷烷氣體充入瓶內。當鋼瓶壓力在25°C室溫達到650mmHg而且壓力沒有顯著變化后將鋼瓶從砷烷充填裝置取下。使用GC對充填完畢的鋼瓶內氣體進行分析。含氧雜質(02，H2O)的總濃度小于lOppmv。將鋼瓶放置10天后重新分析，含氧雜質(02，H2O)的總濃度小于lOppmv。
[0020]實施例3:
在充滿高純氦氣的手套箱中，將5g Na放入一個2.2升的高壓鋼瓶內，加入IlOOg經(jīng)過大于800°C處理的活性碳，將鋼瓶閥門裝上并檢查是否密封。確認無漏后將鋼瓶移出手套箱。通過滾動鋼瓶將瓶內物質混勻。將鋼瓶加熱到200°C并用真空泵將鋼瓶抽空到IxlO^mmHg0待鋼瓶冷卻后連接到磷烷充填裝置，將磷烷氣體充入瓶內。當鋼瓶壓力在25°C室溫達到650mmHg而且壓力沒有顯著變化后將鋼瓶從砷烷充填裝置取下。使用GC對充填完畢的鋼瓶內氣體進行分析。含氧雜質(02，CO2, H2O)的總濃度小于lOppmv。將鋼瓶放置10天后重新分析，含氧雜質(O2, CO2, H2O)的總濃度小于lOppmv。
[0021]實施例4:
在充滿高純氮氣的手套箱 中，將3g Na放入一個2.2升的高壓鋼瓶內，加入IlOOg經(jīng)過大于800°C處理的活性碳，將鋼瓶閥門裝上并檢查是否密封。確認無漏后將鋼瓶移出手套箱。通過滾動鋼瓶將瓶內物質混勻。將鋼瓶加熱到300°C并用真空泵將鋼瓶抽空到IxlO^mmHg0待鋼瓶冷卻后連接到磷烷充填裝置，將磷烷氣體充入瓶內。當鋼瓶壓力在25°C室溫達到650mmHg而且壓力沒有顯著變化后將鋼瓶從砷烷充填裝置取下。使用GC對充填完畢的鋼瓶內氣體進行分析。含氧雜質(02，CO2, H2O)的總濃度小于lOppmv。將鋼瓶放置10天后重新分析，含氧雜質(O2, CO2, H2O)的總濃度小于lOppmv。
[0022]實施例5:
在充滿高純氮氣的手套箱中，將3g K放入一個2.2升的高壓鋼瓶內，加入IlOOg經(jīng)過大于800°C處理的活性碳，將鋼瓶閥門裝上并檢查是否密封。確認無漏后將鋼瓶移出手套箱。通過滾動鋼瓶將瓶內物質混勻。將鋼瓶加熱到300°C并用真空泵將鋼瓶抽空到IxlO^mmHg0待鋼瓶冷卻后連接到磷烷充填裝置，將磷烷氣體充入瓶內。當鋼瓶壓力在25°C室溫達到650mmHg而且壓力沒有顯著變化后將鋼瓶從砷烷充填裝置取下。使用GC對充填完畢的鋼瓶內氣體進行分析。含氧雜質(02，CO2, H2O)的總濃度小于lOppmv。將鋼瓶放置10天后重新分析，含氧雜質(O2, CO2, H2O)的總濃度小于lOppmv。
[0023]安全氣體源(SDS?)是將各類氣體，通常是劇毒的，吸附在裝有吸附劑的氣體鋼瓶內.由于吸附劑有巨大的表面積，通常氣體吸附后會產(chǎn)生很多雜質，如02、CO, CO2,H2O等。即使對吸附劑采用高溫和真空預處理，這些雜質的濃度也遠遠超過吸附氣體的原始標準，對安全氣體源在電子生產(chǎn)行業(yè)特別是半導體和發(fā)光二極管生產(chǎn)的應用有較大的負面影響。本發(fā)明將能與氣體雜質反應的金屬或金屬前驅體直接載在吸附劑上，經(jīng)過活化后再將砷烷、磷烷和其他氣體吸附在吸附劑上，所用的金屬純化劑可以是Ag、Cu、Cr、Al、K、Na、L1、Pd、Pt、Al (CH3)3、LiAlH4, LiBH4等與含氧和其他雜質有反應性且對吸附氣體反應性較小的金屬材料或金屬前驅體或負載體，活化后可以效地將氣體吸附后存在的雜質除掉，從而達到純化安全氣體源的目的。
[0024]本發(fā)明工藝簡單平穩(wěn)，易于控制，純化效率高，由于金屬載體采用的是吸附劑本身，制備過程非常安全簡潔，可利用安全生產(chǎn)源已有設備，成本優(yōu)勢明顯，特別適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。鑒于純化劑與安全氣體鋼瓶融為一體，無需在輸氣裝置中使用外接純化器，大大提高了本技術的實用性和安全性。
[0025]需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:在充滿惰性氣體環(huán)境中，將金屬或金屬前驅體加入裝有吸附劑的鋼瓶之中，在惰性氣體環(huán)境或真空環(huán)境下，使金屬成分均勻分布在吸附劑中并將其活化為對于氣體雜質具有化學活性的物質，真空脫氣后將高純安全氣體充裝于鋼瓶內。
2.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述吸附劑為活性炭、氧化鋁、氧化硅、分子篩和有孔樹脂中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述金屬為Ag、Cu、Cr、Al、K、Na、L1、Pd 或 Pt。
4.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述金屬前驅體為 Al (CH3) 3、LiAlH4 或 LiBH4。
5.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述金屬在吸附劑中的含量為0.001% Wt?10% Wt ;所述金屬前驅體在吸附劑中的含量為0.001% Wt?10%Wt0
6.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述金屬和金屬前驅體的活化溫度為30?950°C。
7.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述惰性氣體為氮氣、氦氣或氬氣。
8.根據(jù)權利要求7所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述氮氣、氦氣和氬氣的純度> 99.999%。
9.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:所述純化后的高純安全氣體其單個含氧雜質含量低于lOOppmv。
10.根據(jù)權利要求1所述的高純安全氣體源的制備方法，其特征在于:通過加熱鋼瓶或變化機械混合方法，搖動或滾動鋼瓶使金屬成分均勻分布在吸附劑中。
【文檔編號】B01D53/04GK103638890SQ201310580359
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月19日 優(yōu)先權日:2013年11月19日
【發(fā)明者】王陸平, 許從應, 李英輝, 馬瀟, 朱顏, 王仕華, 王智 申請人:蘇州丹百利電子材料有限公司