一种热法电子级磷酸脱砷方法技术

本发明专利技术公开了一种热法电子级磷酸脱砷方法，所述脱砷方法为：硫化钠溶液储罐中，加热后通氮气至储罐中无空气，加入磷酸进行反应；通过循环泵将磷酸打入脱砷塔，将生成的H2S通入脱砷塔中；将脱砷塔内反应充分的磷酸经过滤器后，经高纯氮气脱H2S气体进入磷酸储槽；吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收。脱H2S气体后的磷酸经保安过滤器后进入磷酸储槽，砷含量可低至10 ppb以下；吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收，避免环境污染。通过该方法脱砷的磷酸可达行业标准，应用到大规模集成电路行业。

【技术实现步骤摘要】
一种热法电子级磷酸脱砷方法
本专利技术涉及热法电子级磷酸技术，尤其是热法电子级磷酸脱砷方法。
技术介绍
电子级磷酸是半导体用众多高纯化学品试剂中的一种，广泛应用在半导体行业，是湿法蚀刻中重要的化学品之一，其纯度在蚀刻过程中影响晶圆微结构，电子元器件良率、电性能等受到影响。近年来，超大规模集成电路(IC)发展迅速，线宽越来越窄，晶圆尺寸由8寸发展为12寸，更甚至于发展为16寸，晶圆清洗及蚀刻过程中所使用的化学试剂纯度要求越来越高，化学品中的颗粒或金属离子可造成微电路之间导电，从而使之短路，线宽较小的IC即报废。为避免造成芯片制作中金属离子污染，所使用的的化学品中金属离子含量须严格控制。其中As属于VA族元素，为晶圆掺杂元素，在蚀刻中可能会渗入晶圆中，导致电性发生改变。目前国内生产电子级磷酸工艺大同小异，其精制大体使用物理方法和化学方法，As去除较为困难。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术在脱砷方面的不足，提供一种热法电子级磷酸脱砷方法。本专利技术采用的技术方案是：利用Na2S和磷酸反应生成脱砷所需的H2S；Na2S+2H3PO4＝＝H2S+2NaH2PO4(1)向硫化钠溶液储罐中，加热后通氮气至储罐中无空气，加入磷酸进行反应；控制Na2S的浓度以保证H2S的生成量，将H2S通入脱砷塔；(2)通过循环泵将磷酸打入脱砷塔，将步骤(1)生成的H2S通入脱砷塔中；(3)将步骤(2)中脱砷塔内反应充分的磷酸经过滤器后，经高纯氮气脱H2S气体进入磷酸储槽；(4)将步骤(3)中吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收。所述的步骤(1)、步骤(2)中磷酸质量浓度高于85％，纯度大于99.999％。所述的步骤(1)中调控Na2S的质量浓度控制为5％～20％。所述的步骤(1)中反应温度为60-80℃，反应罐中压力为90～150KPa，当压力高于150KPa时停止加酸，低于90KPa时继续加酸。所述的步骤(2)将磷酸打入脱砷塔，当脱砷塔磷酸液位达到45％时，开启脱砷循环泵，将硫化氢以流量1000～3000L/h通入脱砷塔，硫化氢通入时间1-5h。进一步优选方案中，所述的步骤(2)将磷酸打入脱砷塔，当脱砷塔磷酸液位达到45％时，开启脱砷循环泵，将硫化氢以流量1000～3000L/h通入脱砷塔，硫化氢通入时间1-3h；当脱砷塔内磷酸液位达到85％时，关闭磷酸进料，待硫化氢通入完毕之后将磷酸打入脱砷混合槽，待脱砷混合槽内磷酸液位达到45％后，开启脱砷泵，将硫化氢以流量为2000～5000L/h通入混合槽，控制硫化氢通入时间为1-5h。所述的将步骤(2)中脱砷混合槽内反应充分的磷酸经过滤器后，经高纯氮气脱H2S气体进入磷酸储槽；吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收。脱H2S气体后的磷酸经保安过滤器后进入磷酸储槽，砷含量可低至10ppb以下；吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收，避免环境污染。2NaOH+H2S＝Na2S+2H2O本专利技术技术原理为：Na2S加入磷酸制备H2S，将H2S加入质量分数为85％的电子级磷酸，五价的砷在酸性条件下被还原为三价砷，生成沉淀，经过过滤得到低砷含量的电子级磷酸。其主要反应为：Na2S+2H3PO4＝＝H2S+2NaH2PO4(1)2H3AsO4+5H2S＝＝As2S5+8H2O(2)2H3AsO3+3H2S＝＝6H2O+As2S3↓(3)Pb2++H2S＝＝PbS↓+2H+(4)反应生成沉淀主要包含As2S3、S及PbS等金属硫化物，需将砷渣收集隔离，交予有处理能力的机构进行处理。本专利技术所述脱砷方法可将电子级磷酸中可影响电性能的金属元素有效去除，达到目前IC行业应用标准。具体实施例本专利技术Na2S的质量浓度可有多种，硫化氢的流量和通入时间都可变化，下面通过具体实施例对本专利技术进行进一步的详细描述，并对比各实施例说明本专利技术的优势。某厂利用该专利技术专利对热法电子级磷酸脱砷，具体步骤如下：(1)向硫化钠配制罐中加水至20％～50％的液位，投加硫化钠固体，控制硫化钠溶液浓度5％～15％，并打开蒸汽加热，控制硫化钠配制罐内溶液温度在60～80℃；待硫化钠完全溶解后，将硫化钠溶液通入硫化氢反应器，先用氮气将硫化氢反应器及管道中空气完全置换后，后缓慢往硫化氢反应器中加入磷酸制备硫化氢气体，同时观察罐中压力，当压力高于150KPa时停止加酸，低于90KPa时继续加酸；(2)将磷酸缓冲罐中的磷酸打入脱砷塔，当脱砷塔磷酸液位达到45％时，开启脱砷循环泵，并打开硫化氢进口阀，将硫化氢流量调节至1000～3000L/h，通硫化氢时间控制在1-3h，当脱砷塔内磷酸液位达到85％时，停止进酸。待硫化氢通完毕之后将磷酸打入脱砷混合槽，待脱砷混合槽内磷酸液位达到45％后，开启脱砷泵，硫化氢通入流量调节至2000～5000L/h，控制硫化氢通入时间，通硫化氢时间控制在1～5h；(3)过滤槽液位30％～90％时，开启过滤泵，前面一组过滤器安装5μm滤芯，当其压差达到245～277KPa时，及时更换滤芯，后一组安装1μm滤芯，过滤之后取样分析色度，当色度不合格时可在一级过滤器和板框处循环过滤，直至合格；(4)储液罐磷酸液位达到80％左右时，开启加热器，将酸温控制在60～75℃，并同时通入氮气曝气，曝气循环时间大于12小时；(5)将吹脱出多余H2S的磷酸经过保安过滤器进入磷酸储罐，其砷含量可低至5ppb；(6)吹脱出的多余H2S气体经过三级氢氧化钠吸收，生成的硫化钠进入硫化钠配制罐中回用；(7)砷渣收集后交由具有处理资质的机构进行处理。下面实施例一通过实验对比，具体说明本专利技术Na2S含量制备硫化氢除砷的优势，实验采用控制步骤(1)中Na2S组分的量作为对比例：第一对比例，将Na2S质量浓度控制在5％，制备的H2S通入脱砷塔脱砷。第二对比例，将Na2S质量浓度控制在7.5％，制备的H2S通入脱砷塔脱砷。第三对比例，将Na2S质量浓度控制在10％，制备的H2S通入脱砷塔脱砷。第四对比例，将Na2S质量浓度控制在12.5％，制备的H2S通入脱砷塔脱砷。第五对比例，将Na2S质量浓度控制在15％，制备的H2S通入脱砷塔脱砷。实施例二中，通过控制步骤(2)中脱砷塔、脱砷混合槽硫化氢的流量优化砷的去除率。第一对比例，将通入脱砷塔硫化氢流量控制在1000L/h，通入脱砷混合槽的H2S流量控制在2000L/h。第二对比例，将通入脱砷塔硫化氢流量控制在1500L/h，通入脱砷混合槽的H2S流量控制在3000L/h。第三对比例，将通入脱砷塔硫化氢流量控制在2000L/h，通入脱砷混合槽的H2S流量控制在3500L/h。第四对比例，将通入脱砷塔硫化氢流量控制在2500L/h，通入脱砷混合槽的H2S流量控制在4000L/h。第五对比例，将通入脱砷塔硫化氢流量控制在3000L/h，通入脱砷混合槽的H2S流量控制在5000L/h。实施例三中，通过控制步骤(2)中脱砷塔、脱砷混合槽硫化氢的通入时间优化砷的去除率。第一对比例，将通入脱砷塔的硫化氢时间控制在1h，通入脱砷混合槽的硫化氢时间控制在1h。第二对比例，将通入脱砷塔的硫化氢时间控制在1.5h，通入脱砷混合槽的硫化氢时间控制在2h。第三对比例，将通入脱砷塔的硫化氢时间控制在2h，通入脱砷混合槽的硫化氢时间控制在3h。第四对比例，将通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热法电子级磷酸脱砷方法，其特征在于，其脱砷步骤如下：（1）向硫化钠溶液储罐中，加热后通氮气至储罐中无空气，加入磷酸进行反应；（2）通过循环泵将磷酸打入脱砷塔，将步骤（1）生成的H2S通入脱砷塔中；（3）将步骤（2）中脱砷塔内反应充分的磷酸经过滤器后，经高纯氮气脱H2S气体进入磷酸储槽；（4）将步骤（3）中吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收。

【技术特征摘要】
1.一种热法电子级磷酸脱砷方法，其特征在于，其脱砷步骤如下：（1）向硫化钠溶液储罐中，加热后通氮气至储罐中无空气，加入磷酸进行反应；（2）通过循环泵将磷酸打入脱砷塔，将步骤（1）生成的H2S通入脱砷塔中；（3）将步骤（2）中脱砷塔内反应充分的磷酸经过滤器后，经高纯氮气脱H2S气体进入磷酸储槽；（4）将步骤（3）中吹脱出的多余H2S气体用碱液吸收。2.根据权利要求1所述的热法电子级磷酸脱砷方法，其特征在于，步骤（1）、步骤（2）中磷酸质量浓度高于85%，纯度大于99.9999%。3.根据权利要求1所述的热法电子级磷酸脱砷方法，其特征在于，步骤（1）中调控Na2S的质量浓度控制为5%~20%。4.根据权利要求1所述的热法电子级磷酸脱砷方法，其特征在于，步骤（1）中反应温度为60-80℃，反应罐中压力为90~150KPa，当压力高于150KPa时停止加酸，低于90KPa时继续加酸。5.根据权利要求1所述的热法电子级磷酸脱砷方法，其特征在于，步骤（2）中硫化氢通入脱砷...

【专利技术属性】
技术研发人员：李少平，杜林，王书萍，姜飞，贺兆波，张庭，冯凯，尹印，
申请(专利权)人：湖北兴福电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42