背景介绍
随着集成电路、新型显示以及印刷电路板等产业的快速发展，对超净高纯试剂的产品技术指标也提出了更为严苛的要求。除离子和颗粒物外，超净高纯试剂对微量有机杂质和水分均有严格的限制。近几年，在超净高纯试剂领域，国内企业虽有快速的发展，但依然处于追赶的状态，针对超净高纯试剂的纯化技术手段相比于国外一流企业依然存在差距，导致产品的品质和稳定性不佳。为此，针对超净高纯试剂制备过程中的分离方法，特别针对微量有机杂质和水分的脱除方法，有必要进行系统性的研究。
文章亮点
1. 对超净高纯试剂的分类，产品技术要求进行了介绍，对目前我国的超净高纯试剂的产业情况进行了简要分析；
2. 介绍了微量有机杂质和水分脱除技术，特别对精馏法、吸附法、结晶法、反应法以及膜分离法在微量有机杂质和水分去除的原理进行了介绍，并通过多个案例说明了其使用情况；
3.对超净高纯试剂的未来发展进行了展望，提出了在工艺方法选用以及多方法的组合，满足更为严苛的产品分离纯化要求。
内容介绍
1 微量有机杂质脱除技术
1.1 精馏法脱除有机杂质
精馏是化工领域中最常用，且最为成熟的分离方法之一。其利用物质之间相对挥发度的差异，结合回流工艺，让汽液两相在装置内充分接触，最终实现有机杂质和产品之间的分离[13]，是超净高纯试剂有机杂质纯化的主要方法之一[14]。精馏法又可以分为普通精馏法、亚沸精馏法、萃取精馏法、共沸精馏法等。
1.2 吸附法脱除有机杂质
吸附法是利用多孔性的吸附材料通过物理或者化学作用选择性吸附脱除产品中的有机杂质，或利用孔径进行有机杂质之间的筛分，从而实现有机杂质的分离。传统的分离材料主要有活性炭、分子筛、树脂、硅胶以及MOFs等。
在电子级过氧化氢制备过程中，会存在少量有机杂质影响产品纯度。为此，林倩[21]以活性炭为吸附材料开展了吸附研究。研究发现，活性炭的孔结构性质对过氧化氢中有机杂质的脱除有高度相关性，对有机杂质的吸附能力主要受直径范围在1~3 nm的孔控制，其中优选的AC2活性炭可以将工业级过氧化氢中的有机杂质脱除至20 mg/L以下，满足SEMI-C8标准要求，过程中过氧化氢的损失量＜2%。
1.3 结晶法脱除有机杂质
结晶是将无序的物质转变为有序结构的过程，其核心原理是利用不同物质在相同溶剂中溶解度随温度变化的差异，从而实现物质的纯化和分离。它广泛用于化工以及制药行业，是化工常用的分离操作方法，也是超净高纯试剂的重要纯化分离手段。目前，结晶工艺方法多样，但是主要分为蒸发结晶、冷却结晶、深冷结晶、反应结晶和诱导结晶等多种。
1.4 反应法脱除有机杂质
反应法是指通过化学反应手段对其中的微量难分离有机杂质进行反应，生成易于分离的产物，然后再配合精馏、吸附等分离方法，最终获得高纯试剂。反应的设计需要具有针对性，特别是针对微量有机杂质要有极高的反应转化能力。同时，过程中还需要抑制或者降低副反应的发生，以免回收率降低或者新的难分离杂质的引入。
2 微量水分脱除技术
2.1 精馏法脱水
精馏法脱水主要是利用溶剂与水分之间沸点或者相对挥发度的差异实现水分的分离。同时，对于溶剂与水分之间存在共沸体系的，也可以通过特殊精馏等方式实现水分的深度脱除。
电子级正硅酸乙酯是集成电路、分立器件、微机电系统制造所必须得电子化学品，在晶圆制造过程中通过化学气相沉积生成二氧化硅和氮化硅薄膜。其制备过程中，采用石英板式精馏塔和亚沸精馏手段脱除其中的有机杂质和水分，获得的电子级正硅酸乙酯产品水分含量＜0.3 mg/L[30]。
2.2 吸附法脱水
同上文介绍，吸附法主要通过孔径大小来截留或吸附水分子。一般水分子的动力学直径为0.268 nm，当超净高纯试剂的分子动力学直径与水分子存在差异的时候，理论上即可通过吸附材料的选用实现水分子的脱除。相比于精馏工艺，吸附工艺的能耗更低，且脱水的极限也更低，可以实现mg/L级的水分脱除。
2.3 膜分离法脱水
膜分离技术是近些年被广泛使用并逐渐成熟的技术，其主要利用膜的选择性分离作用，通过“溶液-扩散-蒸发”3个步骤将水分从溶液中分离出来。相比与吸附工艺，膜分离法可以实现连续的吸附分离，无需再生，是更为绿色和便捷的工艺方法。目前，主要的膜分离方法为渗透气化法。
3 结论与展望
随着新材料，新工艺对集成电路产业的快速推动，芯片越做越小，线宽越来越窄，对超净高纯试剂也提出更为严苛的技术指标要求。在此发展下，对极高纯度试剂下的精细和高效分离纯化技术就成为探索和研究的重要方向，推动着超净高纯试剂纯化技术的发展。作为影响其使用效果和晶圆良品率的重要因素，超净高纯试剂中有机杂质和水分需要特别的关注。纯化分离工艺，如精馏法、吸附法、反应法、结晶法以及膜分离法，已经可以实现mg/L级的有机杂质和水分控制。但是具体纯化方法的选用需要结合有机杂质或水与产品之间的物理、化学特性的差异以及含量的多少。其次，工艺的经济性、绿色性以及分离效率也是分离方法选用需要重要考虑的一面。此外，面对更为苛刻的有机杂质和水分脱除控制要求，耦合式工艺或者新的分离工艺，如分子蒸馏、降膜蒸发、升华法等方法的开发也将是未来重要的研究方向。虽然我国在超净高纯试剂纯化领域起步较晚，技术方法和装备还相对落后和不完善，但是我国集成电路产业发展和宏观政策的支持将推动我国超净高纯试剂纯化技术方法的迭代升级和创新，实现产业的快速发展。
