用以化学吸附氢化物气体的洁净剂及净化有害气体的方法 技术领域
本发明是关于一种用以化学吸附氢化物气体的洁净剂，尤其有关一种具有以
二氧化钛作为载体的用于化学吸附氢化物气体的洁净剂。该洁净剂适用于去除半
导体厂及光电厂制程废气中的毒性氢化物气体。
背景技术
氢化物(如AsH3、PH3、SiH4、GeH4)为半导体厂炉管、离子植入制程及光电厂MOCVD
制程大量使用的气体，而这些气体在制程中没有被完全利用，故会有毒性气体自
制程机器排出。这些毒性制程废气需加以处理，否则对厂内而言是安全的威胁，
对厂外则是空气污染的来源。一般制程尾气处理可分为湿式法、高温氧化法与干
式吸附法三大类。湿式加药洗涤法处理后的废液毒性依旧，而且废液体积庞大，
对工厂而言仍是一大负担。高温氧化法虽有不错的效果，但气体处理后产生大量
的毒性微粒(如As2O3)容易披覆在管线及高温腔中，造成机器失效，因此必须在厂
内对机器定期维修保养。维修时可能造成高毒性微粒逸散，对厂区及维修人员造
成危害，SEMI F5-1101已建议不使用此种处理方式。干式处理法使用洁净剂
(cleaning agents)，利用化学吸附使AsH3、PH3、SiH4等气体分子与洁净剂作用，
生成非挥发性化合物，使制程尾气不再含有毒性气体。就操作方式、处理效率、
制程安全及清洁性各方面而言，干式处理法明显优于上述二类处理方式。美国专
利编号US5,024,823中揭示一种固体吸附剂，可用于AsH3、PH3、B2H6、GeH4及SiH4
的吸附处理，该专利是以一般触媒载体(carrier)含浸硫酸铜，加热至180℃以上
使成无水硫酸铜或仅含单一结晶水。此法制备的吸附剂处理容量不佳，为了改进
吸附剂的处理容量。美国专利编号US5,182,088揭示以常用铜、锌氧化物为活性
成分，再添加AgO、HgO等促进剂，以共沉淀法制备的化学吸附剂。化学吸附剂具
有显著提升的吸附容量，但由于需添加贵金属(AgO)或高污染性重金属(HgO、CdO)
等促进剂，势必增加制作成本与日后废料的处理费用。
发明内容
本发明的一主要目的在于提供一种具高吸附容量的用于化学吸附
(chemisorption)氢化物气体的洁净剂，其不需要添加贵金属(AgO)或高污染性重
金属(HgO、CdO)等促进剂。
本发明的另一目的在于提供一种具高吸附容量的用以化学吸附
(chemisorption)氢化物气体的洁净剂，其使用较低重量百分比的活性成分。
为了实现上述本发明目的，本案率先使用高比面积的中孔洞二氧化钛作为洁
净剂的一部份载体，二氧化钛除了具耐酸的性质外，其高比面积有助于降低该洁
净剂内所含的活性成分的重量百分比，同时仍能达到比已知的Cu-ZnO/Al2O3洁净剂
更高的吸附容量。
实施方式
本发明提供一种用于化学吸附(chemisorption)氢化物气体的洁净剂，该氢化
物气体选自硅烷、二硼烷、磷化氢、砷化氢与四氢化锗所组成的族群，该洁净剂
包含至少一员选自铜、锌、镁及锰的氧化物所组成的族群的活性成份，及至少一
员选自铝、硅及钛的氧化物所组成的族群的载体成份，其中该活性成份占洁净剂
的重量百分比例为10～90％，及其余为该载体成份，其特征在于该载体成份包含二
氧化钛。
本发明洁净剂的活性成份与载体成份的比例需在一定范围内，当活性成份太
低时，无法达到具竞争力的吸附容量；当载体成份太低时，将会降低比表面积，
相对的也减少其吸附容量。
较佳的，本发明洁净剂具有介于60至200m2/g的比表面积。
较佳的，本发明洁净剂包含20至80重量％的二氧化钛及20至80重量％的该
活性成份。更佳的，该洁净剂包含20至65重量％的二氧化钛，20至65重量％的该
活性成份，及15至60重量％的三氧化二铝。
较佳的，本发明洁净剂的活性成份包含氧化铜及氧化锌，其中氧化铜对氧化
锌的重量比介于1∶20至20∶1。以氧化铜对氧化锌的重量比为约2∶1为更佳。
一适合用于制备本发明洁净剂的方法包含下列步骤：将具有比表面积介于
55～300m2/g的中孔洞(mesoporous)二氧化钛粒子浸于一溶解有铜离子、锌离子及
铝离子的溶液中，加入一沉淀剂至该溶液中将铜离子、锌离子及铝离子以氢氧化
物形式共沉淀于该二氧化钛粒子，从该溶液中固液分离出该二氧化钛粒子，及煅
烧该二氧化钛粒子。
本发明的中孔洞(mesoporous)二氧化钛可使用溶胶凝胶法(Sol-gel)制备或
是采用一商业上街获得产品，例如日本Ishihara Sangyo Kaisha，LTD.，编号ST-01
的光触媒二氧化钛。
本发明亦揭示一种通过化学吸附净化有害气体的方法，该有害气体含至少一
员选自硅烷、四氢化锗、二硼烷、磷化氢与砷化氢与所组成的族群的氢化物气体，
包含使有害气体接触上述本发明的洁净剂。
以下实施例进一步说明本发明，熟习此项技艺者可由之更清楚知悉本发明的
实施。但这些实施例不应被视为对本发明范围的限制。
具体实施方式
比较例1
称取18.55克Cu(NO3)2.2.5H2O溶于1018ml蒸馏水中，11.15克Zn(NO3)2.6H2O
溶于479ml蒸馏水中，及276.4克Al2(NO3)3.9H2O溶于262ml蒸馏水中，
将上述三种水溶液混合后，以1M的Na2CO3水溶液滴定至pH＝6.8～7.0后，在80
℃搅拌12小时，然后过滤，并以去离子水清洗3次，再过滤后所得的沉淀物在120
℃烘干16小时，再以550℃锻烧6小时，合成的吸附剂重量组成比为CuO∶ZnO∶
Al2O3＝13.5∶6.5∶80。所得金属氧化物粉末以200kg/cm2加压造粒，再破碎筛
选20～40网目(mesh)颗粒作为洁净剂，经测试洁净剂的BET比表面积为114m2/g。
净化剂吸附容量测试
由US5,182,088得知，硅烷(SiH4)为氢化物气体中被吸附量较小者，故本发
明的实施例及比较例皆以硅烷为测试气体。
测试时以制备好的洁净剂30ml充填于内径27毫米的不锈钢测试腔中，充填
长度相当于52毫米。测试腔及系统管路先通以氮气半小时后，再以每分钟0.25
标准公升的流量通入以氮气稀释为6600ppm的硅烷，直至测试腔的出口端的硅烷
浓度超过5ppm的临限值。所通入的硅烷量即为洁净剂吸附容量。气体流量以质
量流量控制计(Mass Flow Controller)控制。测试腔的出口端气体浓度则以FTIR
进行连续监测。测试结果如表一所示。
实施例1
重复比较例1的步骤以制备洁净剂，但以18.55g Cu(NO3)2.2.5H2O溶于565ml
蒸馏水中、11.15克Zn(NO3)2.6H2O溶于266ml蒸馏水、103.65克Al(NO3)3.9H2O
溶于268ml蒸馏水中作为起始溶液，且在调整pH值之前，先将11.75克高表面积
(161m2/g)的中孔洞二氧化钛(一次粒径为5-10nm)置入沉淀池中。该中孔洞二氧
化钛是采用溶胶凝胶法(Sol-gel)自行制备。本实施例所合成的吸附剂重量组成比
为CuO∶ZnO∶Al2O3∶TiO2＝13.5∶6.5∶30∶50。所制得的洁净剂经BET法
分析比表面积为75.6m2/g，以比较例1相同的测试条件进行洁净剂吸附容量测试，
测试结果如表一所示。
实施例2
重复实施例1的步骤以制备洁净剂，但合成的吸附剂重量组成比为CuO∶ZnO∶
Al2O3∶TiO2＝21.6∶10.4∶48∶20。所制得的洁净剂经BET法分析比表面积为
120m2/g。以比较例1相同的测试条件进行洁净剂吸附容量测试，测试结果如表一
所示。
表一
活性成份(CuO+ZnO)
所占重量百分比
(％)
TiO2所占重
量百分比
(％)
洁净剂比表面积
(m2/g)
吸附容量
(公升/每公升洁净剂)
实施例1
20
50
76
19.8
实施例2
32
20
120
20.4
比较例1
20
0
114
7.2
表一结果显示，加入高比表面积的二氧化鈦的本发明实施例1的洁净剂比含
相同百分比活性成分的已知洁净剂具有2倍以上的吸附容量。本发明实施例2的
洁净剂亦具有类同于实施例1的洁净剂的吸附容量。