電子級三氯化硼充裝系統中新型尾氣處理裝置

羅利生，魏 武，高夢涵

(福建久策氣體股份有限公司，福建 福州 350109)

1 前 言

電子級三氯化硼在半導體生產的刻蝕和摻雜過程中被廣泛應用[1-2]。隨著國內半導體產業的發展，電子領域對電子級三氯化硼的需求量激增。

三氯化硼是具有很高化學活性的腐蝕性氣體，能與水反應生成氯化氫和硼酸，因此，通常通過水噴淋方式吸收三氯化硼尾氣。但是，產物氯化氫的腐蝕性和硼酸的難溶性給三氯化硼尾氣處理工藝設計制造了一定難度[3-4]。本文分析了筆者單位原三氯化硼充裝系統尾氣處理過程中常見的問題，并分享了優化后的電子級三氯化硼充裝系統中的尾氣處理裝置及其使用效果，為行業今后在水吸收處理腐蝕性尾氣的裝置設計方面提供參考。

2 原尾氣系統運行存在的問題及原因

2.1 產品中輕組分含量偏高

前期充裝產品中輕組分含量偏高，其中以N2、O2+Ar最為明顯。其直接原因是由于充裝前管道吹掃置換不徹底，有空氣殘留在管道中，從而導致產品中輕組分含量偏高。根本原因是尾氣系統沒有負壓，管道死角的空氣無法通過脈沖置換被吹出。

2.2 尾氣系統易堵塞

原尾氣系統管道易發生堵塞的主要原因如下：一是管道未置換潔凈，管道中殘余空氣中的水分與三氯化硼反應生成硼酸粉末在管道中沉積；二是尾氣直接通入尾氣塔，三氯化硼在尾氣管道與尾氣塔連接的管口處和噴淋水反應生成硼酸粉末并沉積；三是通入尾氣塔的尾氣管未安裝止回閥，導致水汽回躥至管道內與三氯化硼反應生成硼酸粉末并沉積；四是尾氣處理系統采用循環噴淋方式，三氯化硼與水反應生成的硼酸沒有經過過濾，在水中不斷沉積，導致循環管道堵塞。

2.3 副產鹽酸濃度低，回收操作風險高

原尾氣系統生成的鹽酸濃度低，鹽酸濃度達到12%左右時難以再提升，同時造成尾氣處理效果不理想；此外，操作人員還需頻繁拆裝反應器和吸收塔，并從人孔取出硼酸，操作風險高。造成上述現象的主要原因如下：一是廢氣中三氯化硼與水發生的是放熱反應，隨著反應進行，循環噴淋液溫度不斷上升，而氯化氫的溶解度隨水溫的上升而降低，導致尾氣處理得到的副產鹽酸濃度較低；二是前期未安裝固液分離過濾裝置。

3 尾氣系統的技術改造

3.1 負壓裝置的選用

選用耐腐蝕性能良好的增強聚丙烯(FRPP)材質的文丘里混合噴射器(如圖1所示)作為產生負壓的裝置。循環噴淋液從液相入口進入文丘里混合噴射器，使氣相入口產生能夠抽動管道氣體的負壓，尾氣在混合室與水混合后從出口噴出。

圖1 文丘里混合噴射器結構示意圖Fig.1 Schematic diagram of the venturi ejector

3.2 流程設計與改造

本次改造利用原有反應器及吸收塔，在尾氣入口處增設1臺尾氣真空緩沖罐，用于緩沖管道中的尾氣和收集管道中的粉塵。增加板框式壓濾器和碳化硅冷凝器，在循環過程中過濾噴淋液中的硼酸并同時給噴淋液降溫，提高氯化氫的溶解度從而提升鹽酸濃度。改造前、后的工藝流程分別見圖2、3。

圖2 改造前工藝流程Fig.2 Flow chart before transformation

圖3 改造后工藝流程Fig.3 Flow chart after transformation

3.3 效果對比

新尾氣系統投用后，經過一段時間的驗證和比較，證明此次改造效果顯著，主要體現在以下3個方面：一是使充裝系統中管道置換得更潔凈，充裝后拆除瓶閥接頭檢查接口無粉末殘留，同時產品中輕組分含量比改造前低；二是解決了充裝系統和尾氣系統管道堵塞的問題；三是實現了高濃度副產鹽酸和硼酸的回收，且減少了人工操作。

4 結 論

電子級三氯化硼充裝系統中的新型尾氣處理裝置是集管道抽真空、尾氣處理和副產過濾分離為一體的多功能裝置，該裝置有效地解決了尾氣處理過程中管道堵塞、副產鹽酸濃度低、工人操作強度高的問題，

最關鍵的是還能提高充裝系統中管道的潔凈度，對電子級三氯化硼產品質量的提升具有重大意義。