CN112645335A - 一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，通过预处理、压缩冷凝、中温变压吸附浓缩、中浅冷精馏、硅烷精制与HCl水洗工序，从基于Si、SiC或蓝宝石衬底上进行含氯或不含氯的同质或异质CVD外延制程尾气中高纯度、高收率的提纯回收有效组分硅烷，并返回到CVD外延制程中循环使用，同时可副产盐酸，既实现尾气中有效组分的回收再利用，又减少了尾气排放，弥补了外延制程尾气回收与提纯SiH4技术的空白。

Description

一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法

技术领域

本发明涉及电子及半导体材料制程中所需的硅源体-硅烷气体的制备与纯化，以及半导体制程尾气的回收与循环再利用，更具体的说是涉及一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法。

背景技术

硅烷（SiH4）是电子及半导体材料制备中最基本的原料之一，工业上通常采用适合规模化生产的硅化镁与氯化铵反应法、三氯氢硅还原法、四氟化硅还原法，以及氯硅烷氢化二次歧化反应（UCC）法。不同的生产工艺，所得到的粗硅烷中的杂质组分有所不同，进而所采用的分离与净（纯）化方法也有所不同，不过通常粗硅烷中含有氢气（H2）、甲烷（CH4）、氧（O2）、一氧化碳（CO）等轻组分杂质，氨（NH3）、水（H2O）、氯硅烷、硅氧烷、二氧化碳（CO2）等重组分杂质，以及微量的硅（Si）/硅团簇颗粒、金属离子等杂质，因而，在制备硅烷过程中，将粗硅烷提纯脱除杂质业已成为电子级硅烷制备的主要工艺。

硅烷的净（纯）化方法有许多，针对粗硅烷中的杂质不同而采用的方法有所不同，主要有液化冷冻法、低温精馏法、吸附法及其它方法，包括金属吸气剂法、水吸收法、膜分离法等。

液化冷冻法主要脱除与硅烷液化温度相差较大的气相杂质，如H2、N2、CO等，这种方法比较耗能，在低于-118℃的操作条件下，需要大量的冷量将硅烷液化，而少量的不凝气体逸出。而对于接近硅烷冷凝温度的CH4或CO等气相杂质也很难处理干净。同时，液化冷冻法也不适合含有更易液化的杂质组分诸如NH3、乙烯等碳二及碳二以上的轻烃类组分（C2+）的粗硅烷的净化。

低温精馏法是较为普遍应用的硅烷提纯方法，该法是利用一定温度（低温）及压力下SiH4与杂质组分相对挥发度的差异，可采用两个精馏塔工艺，把比硅烷更轻的H2及CH4，比硅烷更重的CO2、O2、C2+或氯硅烷等分离去除掉，但与硅烷沸点相近而导致的相对精馏挥发度分离系数较小的较轻组分CH4或较重组分CO含量时常超标，很难得到更纯的硅烷产品。由于CH4很容易与C2+组分形成平衡，因此，采用低温精馏仍然不足以同时将CH4与C2+脱除干净。

吸附法是利用硅烷与杂质组分的分子动力学直径或在吸附剂中的吸附容量或吸附速率的差异性实现净化分离，比如，采用5A分子筛进行吸附，可以将动力学直径约4.84A的硅烷分子吸附而非吸附相的H2得以排出，解吸采用加温方法得到高纯的硅烷产品。但是，粗硅烷中还含有CH4、CO等动力学直径与硅烷相同的杂质组分时，就可能发生共吸附或竞争性吸附现象，导致从吸附相中获取的硅烷产品的纯度受到很大影响。同时，由于硅烷不同的解吸条件下，还有一定的重新被吸附的能力，进而解吸条件很难掌控，因此，吸附法通常应用于粗硅烷中杂质组分相对较少的工况。

硅烷的其它净（纯）化方法，最常用的是金属吸气剂，可以将O2、H2O、CO2等痕量杂质脱除至ppb级。不过，正如H2/NH3等金属吸气剂，对进入金属吸气剂的进料气有一定的要求，比如CH4、C2+或H2等含量有较严格的限制，防止金属吸气剂失活。因此，金属吸气剂一般是用于最后一道纯化而直接进入用气工序。

在硅或碳化硅（SiC）的单晶生长或外延生长过程中，硅烷/氯硅烷常作为“硅”源或与作为“碳”源的甲烷或C2+进行无氯或含氯的气相沉积反应，所形成的除了含有大量的载气或惰性气体，诸如氢气（H2）外，还含有一定量的硅烷或氯硅烷、氯化氢（HCl）、甲烷、含乙烷乙烯或丙烷的碳二及碳二以上的轻烃类组分（C2+）的碳氢化合物，微量的氧（O2）、水（H2O）、一氧化碳（CO）/二氧化碳（CO2）等。其中，H2浓度一般在70~80%，最高可达90%以上。正因外延制程尾气组分的相较于硅烷制备过程所得到的粗硅烷更为复杂及硅烷含量相对更低，所以，外延制程尾气的处理方法，主要是焚烧、吸附，或水洗氧化无害化处理后再焚烧。目前，在工业上还未出现直接从外延制程尾气中提取回收硅烷的相关技术及工艺。

发明内容

本发明提供一种外延制程尾气全温程变压吸附（FTrPSA）提取硅烷的方法，全温程变压吸附（英文全称：Full Temperature Range-Pressure Swing Adsorption，简称：FTrPSA）是一种以变压吸附（PSA）为基础并可与各种分离技术相耦合的方法，利用不同物料组分本身在不同压力与温度下的吸附分离系数及物理化学性质的差异性，采取中温变压吸附过程中吸附与解吸易于匹配和平衡的循环操作来分离和提纯所需的主要有效组分硅烷（纯度大于等于99.999%（v/v）），同时可副产盐酸或HCl。依据硅、SiC等衬底上进行的CVD外延制程中所产生的尾气所含有效组分SiH4与H2/CH4、HCl以及氯硅烷/C2+/CO2等主要杂质组分之间的物理化学特性、相对分离系数、相对应的分离净化方法以及对应的操作条件（温度与压力），将各种分离方法，包括各种吸附与精馏或吸收相耦合，实现从外延制程尾气中进行全温程变压吸附（FTrPSA）提取硅烷且作为原料气返回到外延制程中循环再利用，为此，本发明采用以下技术方案回收外延制程尾气中的有效组分硅烷与副产盐酸，并作为外延制程的原料气循环再利用：

一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，包括如下步骤：

（1）原料气，基于以硅烷（SiH4）或氯硅烷（“SiHmCln”）为“硅（Si）”源、以甲烷（CH4）或碳二及碳二以上轻烃类（C2+，以乙烯或丙烷为主）为“碳（C）”源，或以氯化氢（HCl）为氯基，并以惰性氢气（H2）为载气的化学气相沉积（CVD）制备基于硅（Si）或碳化硅（SiC）或蓝宝石衬底的氯基Si/SiC外延生长常规制程中所产生的尾气，其主要组成为H2、HCl、CH4及SiH4，少量的SiHmCln、C2+，以及微量的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水（H2O），以及二氧化硅（SiO2）和碳（C）微细颗粒，压力为常压或低压，温度为常温。

（2）预处理，原料气送入由除尘器、除颗粒过滤器、除油雾捕集器组成的预处理单元，在0.2~0.3MPa压力与常温的操作条件下，先后脱除尘埃、颗粒、油雾以及一些高氯硅烷、高氯烷烃及高烃类杂质组分，形成的净化原料气进入下一个工序——压缩冷凝。

（3）压缩冷凝，自预处理工序的净化原料气，先压缩至0.6~1.0MPa后经冷热交换再进入冷凝器，从中流出的不凝气体进入下一工序——中温变压吸附浓缩，从冷凝器流出的冷凝液，进入后续的中浅冷精馏工序。

（4）中温变压吸附浓缩，来自压缩冷凝工序的不凝气体经冷热交换至30~80℃后进入由4个及以上的多个吸附塔组成的中温变压吸附浓缩工序，吸附温度为30~80℃、吸附压力为0.6~1.0MPa，解吸采用抽真空，从处于吸附状态的吸附塔顶部流出非吸附相的富氢气体，送出去进行提氢，或去燃烧炉处理排放，从处于解吸抽真空状态的吸附塔底部流出的吸附相解吸气，作为浓缩气体，经过冷热交换后返回与净化原料气混合后再进入压缩冷凝工序，进一步回收浓缩气体中的硅烷。

（5）中浅冷精馏，来自压缩/冷凝工序的冷凝液或经冷热交换与加压进入由两段精馏塔组成的操作温度为-35~10℃、操作压力为0.6~2.0MPa的中浅冷精馏工序，从精馏塔-1塔顶流出的富硅烷气体，进入下一个工序——硅烷精制，从精馏塔-1塔底流出的液体，进入到精馏塔-2，从精馏塔-2塔顶流出富HCl流体，进入后续的HCl水洗工序，进一步回收硅烷，精馏塔-2塔底流出富集SiHmCln、C2+及CO2组分的重组份混合液，或进一步分离回收后作为氯基的SiHmCln反应物返回外延制程中循环使用，或外输进行处理。

（6）硅烷精制，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-1塔顶流出的富硅烷气体，进入由一个精馏塔和变压吸附提纯组成的硅烷精制工序，其中，精馏塔的操作温度为-35~-30℃、操作压力为2.0~2.5MPa，从精馏塔塔顶流出含有少量氢气、甲烷的不凝气体，或直接排放，或外输作为燃料气使用，从精馏塔底流出的流体经冷热交换至20~40℃并减压至小于1.0MPa后送入操作温度为20~40℃、操作压力为小于1.0MPa且由至少2个及以上的吸附塔组成的变压吸附提纯硅烷***，吸附塔中装填有硅藻土、硅胶、活性炭、分子筛的一种或多种组合的吸附剂，从吸附塔顶流出纯度大于等于99.99%硅烷产品气，收率大于等于90~95%，直接或经过SiH4金属吸气剂纯化器进一步纯化后（纯度大于等于99.999%）作为CVD外延制程所需的原料气循环使用，而吸附塔经过抽真空解吸并从吸附塔底流出的解吸气，经加压与冷热交换后返回至中浅冷精馏工序中的精馏塔-1进一步回收SiH4，相应的收率分别达到90%以上。

（7）HCl水洗，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-2塔顶流出富HCl流体，进入操作压力为0.3~1.0MPa、操作温度为30~80℃的吸收塔，用去离子水为吸收剂，从吸收塔顶部流出的不凝气体，返回至中温变压吸附浓缩工序，进一步回收硅烷，从吸收塔底流出盐酸，或作为副产品直接输出，或进入HCl精馏塔去制备高纯HCl而返回外延制程使用。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的原料气，包括其余半导体制程中产生的含氢气、硅烷、氯化氢、甲烷，以及少量的氯硅烷/C2+主要组分的废气或尾气。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩，将来自压缩冷凝工序的不凝气体，经冷热交换后直接送入由二段PSA***所组成的中温变压吸附浓缩工序，不凝气体从第一PSA吸附塔（1段PSA）塔底进入，从1段PSA塔顶流出的非吸附相气体为富氢气体，送出去进行提氢，或去燃烧炉处理排放，从1段PSA塔底解吸（逆放、冲洗或抽真空）流出的解吸气经增压送入第二PSA吸附塔（2段PSA）塔底，从2段PSA塔顶流出的非吸附相气体为中间气体，返回到1段PSA的进料气——不凝气体进行混合后进入1段PSA，从2段PSA塔底流出的吸附相气体为浓缩气体，返回到净化原料气混合后再进入压缩冷凝工序。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩工序与压缩冷凝工序之间增设一水洗涤塔，来自压缩冷凝工序的不凝气体先进入操作温度为60~80℃的洗涤吸收塔，水为吸收剂，从洗涤吸收塔顶喷淋而下，不凝气体从塔底流入，从洗涤吸收塔顶流出的脱除HCl的净化不凝气体再进入中温变压吸附浓缩，从洗涤吸收塔底流出粗盐酸外输。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩与水洗涤工序之间需增设一干燥步骤，采用2塔或3塔的变温吸附干燥，一塔吸附干燥，一塔再生，或一塔备用，吸附与再生互相切换，保证连续干燥，所形成干燥的富氢气体再进入中温变压吸附浓缩工序。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的净化原料气在进入压缩冷凝工序之前，增设一氯硅烷喷淋吸收塔，氯硅烷+HCl为吸收剂，从吸收塔顶部喷淋而下与从吸收塔底部进入的净化原料气进行传质，从吸收塔顶流出不凝气体再经压缩冷凝后进入中温变压吸附浓缩。从吸收塔底部流出的吸收液，经过多级蒸发/压缩/冷凝后产生的不凝气体为富HCl气体，直接进入HCl水洗塔制得盐酸，从HCl水洗塔顶部流出的新不凝气体，或再进入氯硅烷喷淋吸收塔进行吸收，或经干燥后进入中温变压吸附浓缩工序，从多级蒸发/压缩/冷凝得到的液体与压缩冷凝工序产生的液体混合，进入中浅冷精馏工序。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的HCl水洗塔与增设一水洗涤塔合二为一。

更进一步的，所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩以及硅烷精制工序中的变压吸附提纯，在吸附压力大于等于0.6MPa的操作条件下，吸附与解吸循环操作过程中的压力变化，通过各吸附塔之间连接的管道上程序控制阀与调节阀，实现缓均控制，防止***压力变化过大所导致的气流冲刷吸附塔床层及吸附剂粉化产生，使得本工序***操作稳定与安全。

本发明的有益效果是：

（1）通过本发明，可以从基于Si、SiC等衬底上进行含氯或不含氯的同质或异质CVD外延制程尾气中提纯回收有效组分硅烷及副产盐酸，并返回到CVD外延制程中循环使用，既实现尾气中有效组分的回收再利用，又减少了尾气排放，弥补了外延制程尾气回收与提纯SiH4技术的空白；

（2）本发明利用尾气组分在中常温（30~80℃）和低压（0.3~1.0MPa）范围内SiH4与尾气中主要杂质H2、HCl、CH4及氯硅烷、C2+、CO2、CO等之间的物理化学与相对分离系数特性，并与中浅冷精馏、中常温水洗涤吸收耦合，选择性的分离回收有效组分SiH4，同时避免了吸附、精馏等分离单元循环操作中的极性较强的HCl、氯硅烷、C2+深度吸附或挥发度相对较小而再生困难或单纯低温精馏负荷过大，以及及传统变温或变压吸附难于直接处理SiH4/CH4/H2易燃易爆的技术难题，使得本发明基于各种吸附与冷凝、精馏及吸收分离技术耦合为基础的中浅冷温度范围的全温程变压吸附（FTrPSA）***的吸附与再生循环操作得以实现，最终高收率地得到电子级硅烷产品及副产盐酸，并可返回到外延制程中循环使用；

（3）本发明在实现SiH4回收再利用的同时，也可副产盐酸，同时避免了给外延制程***带入及其敏感的含氧化合物等，使得回收再利用整个过程平稳，对外延质量的影响减小到零的程度，也避免制备硅烷主流程上的腐蚀性；

（4）本发明利用各工序的操作温度的差异性，通过安排合理的冷热量交换***，使得整个操作***的冷热量得到充分的利用；

（5）本发明在硅烷精制工序中充分利用了硅烷中轻组分如H2/CH4、重组分如CO2/氯硅烷的相对吸附与挥发度的分离系数差异性，采用中浅冷精馏与变压吸附工艺耦合，实现了硅烷中轻组分与重组份的脱除净化，解决了因吸附杂质组分因分压过低而无法深度脱除及传统低温精馏负荷过大及与硅烷相近的CO/CH4杂质组分挥发度难以分离的问题，同时，避免因采用传统的变温吸附（TSA）脱除微量或痕量杂质组分而导致对硅烷纯化工序可能引入热氮再生或热载体所形成的新杂质组分的问题，以及吸附与再生难以匹配所形成的循环操作问题，既保证了硅烷纯化的进料要求，又可延长了变压吸附提纯工序的吸附剂使用寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1流程示意图。

图2为本发明实施例2流程示意图。

图3为本发明实施例3流程示意图。

图4为本发明实施例4流程示意图。

图5为本发明实施例5流程示意图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

如图1所示，一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，具体实施步骤包括，

（1）原料气，基于以硅烷（SiH4）为主要“硅（Si）”源、以甲烷（CH4）为主要“碳（C）”源、以氯化氢（HCl）为主要的氯基化合物，并以惰性氢气（H2）为载气的化学气相沉积（CVD）制备基于碳化硅（SiC）的氯基Si/SiC外延生长制程中所产生的尾气，其主要组成为H2、HCl、CH4及SiH4，少量的SiHmCln、C2+，以及微量的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水（H2O），以及二氧化硅（SiO2）和碳（C）微细颗粒，常压常温。

（2）预处理，原料气送入由除尘器、除颗粒过滤器、除油雾捕集器组成的预处理单元，在0.2~0.3MPa压力与常温的操作条件下，先后脱除尘埃、颗粒、油雾以及一些高氯硅烷、高氯烷烃及高烃类杂质组分，形成的净化原料气进入压缩冷凝工序。

（3）压缩冷凝，来自预处理工序的净化原料气经压缩至0.6~1.0MPa后经冷热交换再进入冷凝器，从中流出的不凝气体进入中温变压吸附浓缩，从冷凝器流出的冷凝液，进入中浅冷精馏工序。

（4）中温变压吸附浓缩，来自压缩冷凝工序的不凝气体经冷热交换至30~80℃后进入由4个吸附塔组成的中温变压吸附浓缩工序，吸附温度为30~80℃、吸附压力为0.6~1.0MPa，解吸采用抽真空，从处于吸附状态的吸附塔顶部流出非吸附相的富氢气体，送出界区外去进行提氢，从处于解吸抽真空状态的吸附塔底部流出的吸附相解吸气，作为浓缩气体，经过冷热交换后返回与净化原料气混合后再进入压缩冷凝工序，进一步回收浓缩气体中的硅烷。

（5）中浅冷精馏，来自压缩/冷凝工序的冷凝液或经冷热交换与加压进入由两段精馏塔组成的操作温度为-35~10℃、操作压力为0.6~2.0MPa的中浅冷精馏工序，从精馏塔-1塔顶流出的富硅烷气体，进入硅烷精制工序，从精馏塔-1塔底流出的液体，进入到精馏塔-2，从精馏塔-2塔顶流出富HCl流体，进入后续的HCl水洗工序，进一步回收硅烷，精馏塔-2塔底流出富集SiHmCln、C2+及CO2组分的重组份混合液，进一步分离脱碳回收后作为氯基的SiHmCln/C2+反应物返回外延制程中循环使用。

（6）硅烷精制，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-1塔顶流出的富硅烷气体，进入由一个精馏塔和变压吸附提纯组成的硅烷精制工序，其中，精馏塔的操作温度为-35~-30℃、操作压力为2.0~2.5MPa，从精馏塔塔顶流出含有少量氢气、甲烷的不凝气体作为燃料气使用，从精馏塔底流出的流体经冷热交换至20~40℃并减压至小于1.0MPa后送入操作温度为20~40℃、操作压力为小于1.0MPa且由3个吸附塔组成的变压吸附提纯硅烷***，吸附塔中装填有硅藻土、硅胶、活性炭、分子筛的多种组合的吸附剂，从吸附塔顶流出纯度大于等于99.99%硅烷产品气，收率大于等于90~95%，并经SiH4金属吸气剂纯化器进一步纯化后（纯度大于等于99.999%）作为CVD外延制程所需的原料气循环使用，而吸附塔经过抽真空解吸并从吸附塔底流出的解吸气，经加压与冷热交换后返回至中浅冷精馏工序中的精馏塔-1进一步回收SiH4，相应的收率达到95%以上。

（7）HCl水洗，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-2塔顶流出富HCl流体，进入操作压力为0.3~1.0MPa、操作温度为30~80℃的吸收塔，用去离子水为吸收剂，从吸收塔顶部流出的不凝气体，返回至中温变压吸附浓缩工序，进一步回收硅烷，从吸收塔底流出盐酸，作为副产品直接输出。

实施例2

如图2所示，在实施例1基础上，来自压缩冷凝工序的不凝气体，经冷热交换后直接送入由二段PSA***所组成的中温变压吸附浓缩工序，不凝气体从第一PSA吸附塔（1段PSA）塔底进入，从1段PSA塔顶流出的非吸附相气体为富氢气体，作为PSA提氢原料气输出进行提氢，从1段PSA塔底解吸（逆放、冲洗或抽真空）流出的解吸气经增压送入第二PSA吸附塔（2段PSA）塔底，从2段PSA塔顶流出的非吸附相气体为中间气体，返回到1段PSA的进料气——不凝气体进行混合后进入1段PSA，从2段PSA塔底流出的吸附相气体为浓缩气体，返回到净化原料气混合后再进入压缩冷凝工序。

实施例3

如图3所示，在实施例1基础上，中温变压吸附浓缩工序与压缩冷凝工序之间增设一水洗涤塔，来自压缩冷凝工序的不凝气体先进入操作温度为60~80℃的洗涤吸收塔，水为吸收剂，从洗涤吸收塔顶喷淋而下，不凝气体从塔底流入，从洗涤吸收塔顶流出的脱除HCl的净化不凝气体再进入中温变压吸附浓缩，从洗涤吸收塔底流出粗盐酸外输。

实施例4

如图4所示，在实施例1与3基础上，中温变压吸附浓缩与水洗涤工序之间需增设一干燥步骤，采用2塔的变温吸附（TSA）干燥，一塔吸附干燥，一塔再生，吸附与再生互相切换，保证连续干燥，所形成干燥的富氢气体再进入中温变压吸附浓缩工序。

实施例5

如图5所示，在实施例1基础上，净化原料气在进入压缩冷凝工序之前，增设一氯硅烷喷淋吸收塔，氯硅烷+HCl为吸收剂，从吸收塔顶部喷淋而下与从吸收塔底部进入的净化原料气进行传质，从吸收塔顶流出不凝气体再经压缩冷凝后进入中温变压吸附浓缩。从吸收塔底部流出的吸收液，经过多级蒸发/压缩/冷凝后产生的不凝气体为富HCl气体，直接进入HCl水洗塔制得盐酸，从HCl水洗塔顶部流出的新不凝气体，一部分（50%）再进入氯硅烷喷淋吸收塔进行吸收，一部分（50%）经干燥后进入中温变压吸附浓缩工序，从多级蒸发/压缩/冷凝得到的液体与压缩冷凝工序产生的液体混合，进入中浅冷精馏工序。

显而易见的，上面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，或在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷方法，其特征在于，包括如下步骤：

原料气，基于以硅烷（SiH4）或氯硅烷（“SiHmCln”）为“硅（Si）”源、以甲烷（CH4）或碳二及碳二以上轻烃类（C2+，以乙烯或丙烷为主）为“碳（C）”源，或以氯化氢（HCl）为氯基，并以惰性氢气（H2）为载气的化学气相沉积（CVD）制备基于硅（Si）或碳化硅（SiC）或蓝宝石衬底的氯基Si/SiC外延生长常规制程中所产生的尾气，其主要组成为H2、HCl、CH4及SiH4，少量的SiHmCln、C2+，以及微量的一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、水（H2O），以及二氧化硅（SiO2）和碳（C）微细颗粒，压力为常压或低压，温度为常温。

2.预处理，原料气送入由除尘器、除颗粒过滤器、除油雾捕集器组成的预处理单元，在0.2~0.3MPa压力与常温的操作条件下，先后脱除尘埃、颗粒、油雾以及一些高氯硅烷、高氯烷烃及高烃类杂质组分，形成的净化原料气进入下一个工序——压缩冷凝。

3.压缩冷凝，来自预处理工序的净化原料气，先压缩至0.6~1.0MPa后经冷热交换再进入冷凝器，从中流出的不凝气体进入下一工序——中温变压吸附浓缩，从冷凝器流出的冷凝液，进入后续的中浅冷精馏工序。

4.中温变压吸附浓缩，来自压缩冷凝工序的不凝气体经冷热交换至30~80℃后进入由4个及以上的多个吸附塔组成的中温变压吸附浓缩工序，吸附温度为30~80℃、吸附压力为0.6~1.0MPa，解吸采用抽真空，从处于吸附状态的吸附塔顶部流出非吸附相的富氢气体，送出去进行提氢，或去燃烧炉处理排放，从处于解吸抽真空状态的吸附塔底部流出的吸附相解吸气，作为浓缩气体，经过冷热交换后返回与净化原料气混合后再进入压缩冷凝工序，进一步回收浓缩气体中的硅烷。

5.中浅冷精馏，来自压缩/冷凝工序的冷凝液或经冷热交换与加压进入由两段精馏塔组成的操作温度为-35~10℃、操作压力为0.6~2.0MPa的中浅冷精馏工序，从精馏塔-1塔顶流出的富硅烷气体，进入下一个工序——硅烷精制，从精馏塔-1塔底流出的液体，进入到精馏塔-2，从精馏塔-2塔顶流出富HCl流体，进入后续的HCl水洗工序，进一步回收硅烷，精馏塔-2塔底流出富集SiHmCln、C2+及CO2组分的重组份混合液，或进一步分离回收后作为氯基的SiHmCln反应物返回外延制程中循环使用，或外输进行处理。

6.硅烷精制，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-1塔顶流出的富硅烷气体，进入由一个精馏塔和变压吸附提纯组成的硅烷精制工序，其中，精馏塔的操作温度为-35~-30℃、操作压力为2.0~2.5MPa，从精馏塔塔顶流出含有少量氢气、甲烷的不凝气体，或直接排放，或外输作为燃料气使用，从精馏塔底流出的流体经冷热交换至20~40℃并减压至小于1.0MPa后送入操作温度为20~40℃、操作压力为小于1.0MPa且由至少2个及以上的吸附塔组成的变压吸附提纯硅烷***，吸附塔中装填有硅藻土、硅胶、活性炭、分子筛的一种或多种组合的吸附剂，从吸附塔顶流出纯度大于等于99.99%硅烷产品气，收率大于等于90~95%，直接或经过SiH4金属吸气剂纯化器进一步纯化后（纯度大于等于99.999%）作为CVD外延制程所需的原料气循环使用，而吸附塔经过抽真空解吸并从吸附塔底流出的解吸气，经加压与冷热交换后返回至中浅冷精馏工序中的精馏塔-1进一步回收SiH4，相应的收率分别达到90%以上。

7.HCl水洗，来自中浅冷精馏工序的精馏塔-2塔顶流出富HCl流体，进入操作压力为0.3~1.0MPa、操作温度为30~80℃的吸收塔，用去离子水为吸收剂，从吸收塔顶部流出的不凝气体，返回至中温变压吸附浓缩工序，进一步回收硅烷，从吸收塔底流出盐酸，或作为副产品直接输出，或进入HCl精馏塔去制备高纯HCl而返回外延制程使用。

8.如权利要求1所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的原料气，包括其余半导体制程中产生的含氢气、硅烷、氯化氢、甲烷，以及少量的氯硅烷/C2+主要组分的废气或尾气。

9.如权利要求1所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩，将来自压缩冷凝工序的不凝气体，经冷热交换后直接送入由二段PSA***所组成的中温变压吸附浓缩工序，不凝气体从第一PSA吸附塔（1段PSA）塔底进入，从1段PSA塔顶流出的非吸附相气体为富氢气体，送出去进行提氢，或去燃烧炉处理排放，从1段PSA塔底解吸（逆放、冲洗或抽真空）流出的解吸气经增压送入第二PSA吸附塔（2段PSA）塔底，从2段PSA塔顶流出的非吸附相气体为中间气体，返回到1段PSA的进料气——不凝气体进行混合后进入1段PSA，从2段PSA塔底流出的吸附相气体为浓缩气体，返回到净化原料气混合后再进入压缩冷凝工序。

10.如权利要求1所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩工序与压缩冷凝工序之间增设一水洗涤塔，来自压缩冷凝工序的不凝气体先进入操作温度为60~80℃的洗涤吸收塔，水为吸收剂，从洗涤吸收塔顶喷淋而下，不凝气体从塔底流入，从洗涤吸收塔顶流出的脱除HCl的净化不凝气体再进入中温变压吸附浓缩，从洗涤吸收塔底流出粗盐酸外输。

11.如权利要求1与4所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩与水洗涤工序之间需增设一干燥步骤，采用2塔或3塔的变温吸附干燥，一塔吸附干燥，一塔再生，或一塔备用，吸附与再生互相切换，保证连续干燥，所形成干燥的富氢气体再进入中温变压吸附浓缩工序。

12.如权利要求1所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的净化原料气在进入压缩冷凝工序之前，增设一氯硅烷喷淋吸收塔，氯硅烷+HCl为吸收剂，从吸收塔顶部喷淋而下与从吸收塔底部进入的净化原料气进行传质，从吸收塔顶流出不凝气体再经压缩冷凝后进入中温变压吸附浓缩。

13.从吸收塔底部流出的吸收液，经过多级蒸发/压缩/冷凝后产生的不凝气体为富HCl气体，直接进入HCl水洗塔制得盐酸，从HCl水洗塔顶部流出的新不凝气体，或再进入氯硅烷喷淋吸收塔进行吸收，或经干燥后进入中温变压吸附浓缩工序，从多级蒸发/压缩/冷凝得到的液体与压缩冷凝工序产生的液体混合，进入中浅冷精馏工序。

14.如权利要求1与4所述的一种外延制程尾气全温程变压吸附提取硅烷的方法，其特征在于，所述的HCl水洗塔与增设一水洗涤塔合二为一。

15.如权利要求1和3所述的方法，其特征在于，所述的中温变压吸附浓缩以及硅烷精制工序中的变压吸附提纯，在吸附压力大于等于0.6MPa的操作条件下，吸附与解吸循环操作过程中的压力变化，通过各吸附塔之间连接的管道上程序控制阀与调节阀，实现缓均控制，防止***压力变化过大所导致的气流冲刷吸附塔床层及吸附剂粉化产生，使得本工序***操作稳定与安全。

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