Технология полупроводникового кремния - Фалькевич Э.С.
ISBN 5-229-00740-0
Скачать (прямая ссылка):
Технический кислород дополнительно очищают от примесей водорода, влаги, углеводородов, оксида и диоксида углерода.
99,9999
0,6
0,1
-0,05
-0,01
348
Очистка, как правило, состоит из двух ступеней: каталитической и адсорбционной [274]. На первой ступени очищенный газ подают в реакционную колонну, заполненную палладиевым катализатором, нанесенным на пористые материалы (алюмогель, активный оксид алюминия). Происходят следующие реакции: H2 + 1/20а = H2O; CO + 1/202 = = CO2; CH4(C2H6) + O2 = CO2 + H2O.
Затем в адсорбционных колоннах влага и диоксид углерода адсорбируются молекулярными ситами и специально обработанным активированным углем. Очищенный кислород HMeef следующий состав:
Кислород (не менее), %........... 99,9995
Микропримеси (не более), ррт V, в том числе:
пары воды..................... 1
оксид углерода................ 0,1
диоксид углерода.............. 0,1
углеводороды.................. 0,2
азот.......................... 4
водород....................... 0,1
Производство высокочистого аргона
В технологии полупроводникового кремния высокочистый аргон используют при выращивании монокристаллов, во время стартового разогрева прутков-подложек перед водородным восстановлением хлорсиланов. В ряде случаев в среде аргона проводят выращивание слоев кремния. Иногда аргон применяют в качестве газа-носителя при хроматографическом анализе смесей хлорсиланов и др.
В промышленности аргон получают в основном ректификацией воздуха. Значительное содержание в воздухе и промежуточное положение аргона по летучести и температуре кипения между кислородом и азотом позволяют выводить его из установок для производства азота высокой чистоты и кислорода в виде так называемой грязной аргонной фракции. По принятой технологии весь процесс производства аргона при комплексном разделении воздуха можно разбить на три этапа [27S]:
1. Отбор (при давлении 0,15 МПа и температуре 85-90 К) из соответствующего сечения воздухоразделительного аппарата фракции, содержащей до 10 % Ar, 90 % O2, < I % N2, разделение этой фракции в дополнительной ректификационной колонне и получение так называемого сырого аргона (85- 95 % Ar, 1,5- 5,0 % Oa, 4-10 % N2).
2. Нагревание сырого аргона до 290- 300 К (накопление его в газгольдерах); сжатие до 0,15-0,20 МПа; очистка от кислорода методом каталитического гидрирования с помощью электролитического водорода в реакторах, заполненных платиновым или палладиевым катализатором
349
при 400-600 К, глубокая осушка технического аргона (содержащего в виде примесей ~ 0,001 % O2, 5-12 % N2, 1,0-1,5 % H2) и сжатие его цо 15,0-16,5 МПа.
3. Охлаждение, конденсация и повторная ректификация технического аргона при давлении 0,22 МПа в ректификационных колоннах с целью удаления азота и водорода и дальнейшее наполнение с помощью компрессора полученного чистого аргона через теплообменник в баллоны, железнодорожные, автомобильные цистерны, сосуды Дьюара. Требования (норма) к газообразному и жидкому аргону следующие (ГОСТ 10157-88):
Объемная доля аргона (не менее), % 99,993/99,987 Объемная доля кислорода (яе более), %..................... 0,0007/0,002
Объемная доля азота (ие более), % 0,005/0,01
Массовая концентрация водяного пара при 293 К и давлении
101,3 кПа (не более), кг/м3. 7 • 10'6/1 • IO"5
Объемная доля суммы углеродсодержащих соединений в пересчете на CO2 (не более), %.. 0,0005/0,001
Примечание. В числителе — высшая категория качества (высший сорт), в знаменателе — первая категория (первый сорт).
Аргон, используемый в качестве среды для выращивания монокристаллов, дополнительно очищают от азота, кислорода, органических и других примесей1»2. В установку для очистки аргона, как правило, входят каталитические, адсорбционные и геттерные блоки (рис. 162). В качестве геттеров применяют губчатый титан, цирконий, редкоземельные элементы. Процесс очистки проводят при 1023-1253 К; содержание азота в очищенном продукте < 0,4 ppm .
Установки для очистки аргона по соображениям экономического характера имеют большую производительность и, как следствие, достаточно большие размеры. Они обычно удалены от установок для выращивания монокристаллов. Аргон, получаемый на этих установках, все же имеет остаточные примеси, которые понижают электрофизические характеристики высокоомных кристаллов, поэтому перед входом аргона в камеру выращивания кристаллов устанавливают адсорбционные финишные патроны. В настоящее время методы тонкой очистки аргона совершенствуются.
Один из качественных сортов высокочистого аргона содержит:
1 Пат. 2557810. Франция. 1985.
2 Пат. 122958. ГДР. 1976.
350
Рис. 162. Блок-схема установки для Ar очистки аргона:
1 — предварительное окисление примесей на катализаторе (Ni, Cu); 2 — адсорбционная очистка (цеолиты, активированный уголь и т.д.); 3 — очистка от азота
Аргон (не менее), %.............. 99,9999
Микропримеси (не более), ppmV,
в том числе:
кислород........................ 0,1
диоксид углерода................ 0,01
