[发明专利]电子级正硅酸乙酯的制备装置及制备方法

说明书

本发明提供了一种电子级正硅酸乙酯的制备装置及制备方法。该制备装置包括工业级正硅酸乙酯供应单元、多级微孔膜耦合吸附柱、脱轻精馏塔和脱重精馏塔；多级微孔膜耦合吸附柱包括柱状中空壳体，柱状中空壳体中填充有螯合吸附树脂，中空壳体的两端设置有微孔膜；各级微孔膜耦合吸附柱按物料流动顺序串联和/或并联设置，且位于第一级的微孔膜耦合吸附柱的进口与工业级正硅酸乙酯供应单元相连；本发明将微孔膜与液相吸附耦合工艺应用到电子级正硅酸乙酯制备中，并进一步结合脱轻、脱重精馏除杂，取得了很好的除杂效果，能够提纯制备电子级正硅酸乙酯，且生产成本较低。

技术领域

本发明涉及材料提纯技术领域，具体而言，涉及一种电子级正硅酸乙酯的制备装置及制备方法。

背景技术

高纯电子气体是集成电路制造过程中必不可少的原料，广泛应用于光电子、化合物半导体、太阳能光伏电池、液晶显示器、光导纤维制造等其它诸多领域。高纯电子气体的纯度直接影响集成电路的性能、集成度、成品率。随着集成电路制造工艺及技术的发展，芯片尺寸的不断增大，特征尺寸线宽不断减小，要求集成电路制程用的各种电子气体质量纯度、特定技术指标不断提高。电子级正硅酸乙酯(TEOS)作为诸多电子气体中的一种，主要用于IC晶圆制造过程中的化学气相沉积制程，对其纯度要求比较严格，纯度需8N以上，各项杂质需小于1个ppb，尤其是金属离子杂质(Na、K、Mg、Fe、Ca、Al等)，金属离子是电活性杂质，会降低沉积在半导体器件二氧化硅薄膜层绝缘性能，会导致微米级的电路互相联通，从而导致电路板报废。其中的非电活性杂质，如水分、有机物、颗粒会影响沉积的膜层均匀和平整性。一般工业级正硅酸乙酯的组分为99.8％，包含较多离子杂质(Na、K、Mg、Al、Fe、Ca、B、P)和颗粒，因此开发电子级正硅酸乙酯的制备工艺迫在眉睫。

目前，国内企业主要采用的制备工艺为络合精馏、吸附精馏、减压精馏以及多种耦合技术相结合。专利号为CN 109748931 A的文中提到了一种高纯正硅酸乙酯的制备方法及生产系统，其工艺步骤为：将高纯四氯化硅与高纯乙醇混合进行反应精馏，得到粗TEOS与粗HCl；之后将粗TEOS经脱色吸附处理，碱性吸附处理后，进行脱轻减压精馏，将脱轻减压精馏后的TEOS经硼磷吸附树脂及金属离子吸附树脂处理后，进行脱重减压精馏，得到高纯TEOS(5N+)。专利号为CN 103772424 B的文中提到了一种8N电子级正硅酸乙酯的制备方法，它是先采用络合剂(乙二胺四乙酸)络合原料中大部分金属杂质后，用0.1μm的微孔过滤器过滤；通过阳离子交换塔、石英板式蒸馏塔、亚沸蒸馏器，严格控制温度，去除微量金属杂质、乙醇及其有机杂质和水分，得到的TEOS产品纯度不低于99.999999％，有机杂质含量＜1ppm，水含量＜0.3ppm。CN 109575065 A的文件中提到了一种高纯正硅酸乙酯的生产方法及生产系统，首先将纯度99％的正硅酸乙酯粗品汽化后，在电场环境(1000～2000伏/米)下，通过两级串联吸附除去醇类杂质及醚类杂质，吸附剂均为4A分子筛和/或5A分子筛；经3A分子筛干燥除水后，再经负载金属氧化物改性的硅铝凝胶吸附除去金属离子，得到吸附后的气态正硅酸乙酯，冷凝后得到高纯正硅酸乙酯，产品组分99.999％，氯化物含量50ppb，水含量5ppm，金属离子杂质＜0.5ppb。

然而，目前电子级正硅酸乙酯的制备工艺中的主要缺点为：添加进入的相关络合反应后再进行提纯，虽然可以达到除杂效果，但络合剂本身洁净度可能达不到要求，会引入新的杂质，为后续的提纯分离带来一定的难度；络合剂与原料的络合反应速度较慢，反应时间长，不能连续进行，不能实现工业化大规模生产；此外，采用减压精馏、亚沸精馏工艺，一方面不可避免出现气液夹带，气体与液体不可能完全分开，杂质去除较难；另一方面对设备、自动化控制要求较高，增大生产成本，不宜工业化规模生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电子级正硅酸乙酯的制备装置及制备方法，以解决现有技术中提纯生产电子级正硅酸乙酯时，反应精馏络合时间长且条件不易控制、金属杂质和颗粒去除较难、成本偏高等问题。