超净高纯电子化学试剂———异丙醇制备方法
梁 凯
（黑龙江省化工研究院,黑龙江 哈尔滨 150078）
摘 要：本文介绍了用含量98%的工业级异丙醇经过金属离子络合剂处理、脱水处理、微滤膜过滤、多级精馏、钠滤膜过滤制备超净高纯电子化学试剂———异丙醇的制备方法。该方法制备的超净高纯异丙醇符合半导体技术的芯片及硅园片的清洗和刻蚀的要求。
关键词:超净高纯异丙醇；金属离子络合剂；多级精馏；纳滤膜过滤
中图分类号：TQ224.23 文献标识码：A 文章编号：1002-1124（2011）07-0063-02
随着半导体技术的迅速发展，对超净高纯试剂的要求越来越高。在集成电路（IC）的加工过程中，超净高纯试剂主要用于芯片及硅园片表面的清洗和刻蚀，其纯度和清洁度对集成电路的成品率、电性能及可靠性有着十分重大的影响。超净高纯异丙醇作为一种重要的微电子化学品已经广泛用于半导体、大规模集成电路加工过程中的清洗、干燥等方面。随着 IC的加工尺寸已经进入亚微米、深亚微米时代，对与之配套的超净高纯异丙醇提出了更高的要求，要求颗粒和杂质含量降低 1～3 个数量级，达到国际半导体设备和材料组织制定的SEMI- C12标准，其中金属阳离子含量小于 0.1×10- 9，颗粒大小控制在 0.5μm以下。
目前，超净高纯异丙醇通常是以工业级异丙醇为原料纯化精致而成。精馏是工业化提纯异丙醇的主要方法，包括共沸精馏、萃取精馏等。但是用于微电子化学品工业的超净高纯异丙醇对其中金属杂质，颗粒大小含量和阴离子的要求十分苛刻，精馏工艺已经无法满足要求。
现有文献公布的超净高纯异丙醇的制备方法，以工业异丙醇为原料，以碳酸盐调节 pH 值，加入脱水剂，进行回流反应，经精馏、蒸馏、膜过滤，得到符合国际半导体设备和材料组织制定的SEMI- C12标准的超纯异丙醇。这一公开报道的制备方法无法稳定控制产品质量，特别是产品中金属离子含量以及颗粒杂质大小。
本项目引进、吸收、消化俄罗斯的先进技术，克服现有技术的高纯异丙醇产品质量不稳定，不能满足超大规模集成电路加工要求的不足，提供一种工艺连续性强、分离效果好、纯度高、杂质含量低的超净高纯异丙醇的制备方法及其装置。
1实验部分
1.1试验用料及仪器
异丙醇（含量 98%）；金属离子络合剂：双烯丙基冠醚与含氢硅油加成制得的有机硅高分子络合剂；脱水剂：分子筛、MgSO4、CaCl2、CaH2酸酐、硅胶。
原料槽、络合处理器、脱水处理器、微滤器、精馏塔、纳滤器、接收器。
1.2异丙醇精致工艺流程
1.3异丙醇精致工艺及条件
先将工业级的异丙醇（98%）原料与异丙醇原料重量 0.5%～0.2%的金属离子路合计在络合处理器中混合，常温常压 30～60min 后进入脱水处理器。在脱水处理器里与异丙醇原料重量 0.1%～1.0%的脱水剂在 60～100℃温度下混合 60～120min，再在0.1～0.2MPa 的运行压力下经纳滤器的纳滤膜过滤后进入成品接收器。
所述的金属离子络合剂为双烯丙基冠醚与含氢硅油加成制得的有机硅高分子络合剂；所述双烯丙基冠醚为双烯丙基18-冠 - 6 醚或双烯丙基 12-冠 - 4 醚或双烯丙基 15- 冠 - 5 醚；所述工艺中的高分子金属离子络合剂可以通过化学处理进行有效地回收并循环使用；所述的脱水剂为分子筛、MgSO4、CaCl2、CaH2、酸酐或硅胶；所述的精馏塔为四级精馏塔，精馏压强为 0～0.3MPa、温度为 50～100℃，回流比为 0.3～2；精馏塔所用材质为高纯石英；微滤膜过滤时的压力选择为 0.5、0.6 或 0.8MPa，所述的微滤膜、纳滤膜为高密度聚乙烯材质；所述的微滤膜口径为 0.2～0.8μm，所述的纳滤膜口径为0.5～1.5nm；所述的净化环境的超净指数为 100 级。
与现有的技术相比，由于采用了有机硅高分子冠醚金属离子络合剂，该络合剂是一种新型的金属离子络合剂，具有易加工、价格低廉、毒性小和便于回收的优点。冠醚分子中具有一定的空穴，金属离子可以钻到空穴中与醚键络合。其具有大的络合常数和高选择性。可以大大降低产品重金属离子的含量。通过微滤和纳滤可以系统地、有效地脱出产品中包括有机大分子、细菌、病毒及阴离子杂质。
2结果与讨论
异丙醇采用本实验方法静止后的超净高纯异丙醇的技术指标，采用气象色谱分析含量，采用ICP- MS分析阳离子，采用离子色谱分析阴离子，采用激光颗粒计数仪测定尘埃颗粒，测定结果见表 1。
表 1 异丙醇指标测定
Tab.1 Determination of isopropanol indexes
由表 1 可见，本实验结果提出的制备超净高纯异 丙 醇 是 可 行 的 ， 产 品 质 量 达 到 或 超 过 了SEMI- C12标准水平。
本制备方法克服了其他制备异丙醇工艺的分离杂质困难、产品质量不稳定等缺点，有效去除了工业级异丙醇中的有机碳、阴阳离子和颗粒杂质，制得的的产品异丙醇含量大于 99.99%，单个阳离子含量低于 0.1×10- 9，单个阴离子含量低于 50×10- 9，（≥0.2μm，≤0.5μm） 尘埃颗粒低于 10 个·mL- 1，质量符合国际半导体设备与材料组织 SEMI- C12 标准。所用工艺装置还具有占地面积小，易自动化操作、质量稳定和连续生产等特点。
3结论
本方法具有工艺连续性强、分离效果好、纯度高、杂质含量低等特点，易于工业化生产，该研发方法属国内领先。
本方法提纯的异丙醇，可广泛应用于半导体、大规模集成电路加工过程中的清洗、干燥等方面，具有较好的经济效益和社会效益。
来源：中国化学试剂网
