微波实验中硅烷使用安全调研.ppt

1、1,微波实验中硅烷使用安全调研 Team-815,2,生产线涉及的气体,硅烷SiH4特性,3,物理性质,硅烷为具有恶臭的无色气体，慢毒性或长期毒性，室温可自燃，在空气或卤素气体中发生爆炸性燃烧。硅烷极易发生爆炸，爆炸界限0.8-98%。 硅烷在空气中的最高允许含量为5PPM。 吸入高浓度硅烷可能导致窒息，病征可包括肌肉协调功能障碍，失去意识，引起头痛、恶心，刺激上呼吸道，高度暴露会引起肺炎和肺水肿。 硅烷会刺激眼睛，与眼睛里的水分反应生成二氧化硅微粒，引起极度不适感。 特殊灭火程序：疏散所有人员，如可行尽可能先关闭气源，再进行灭火。对硅烷引起的火灾，水不是有效的灭火剂，不可将水柱直接喷向燃烧中

2、的硅烷。未关闭泄漏气源前，不可灭掉火焰，否则爆炸性的重新点燃可能会发生。 极易与NF3气体发生爆炸性反应(SiH4 in NF3: 0.66-95.3%)，因此PECVD腔体清洗应使用独立气路。,化学性质 硅烷的着火和爆炸都是与氧气反应的结果。硅烷对氧和空气极为敏感。 具有一定浓度的硅烷在 -180的温度下也会与氧发生爆炸反应。固体硅 烷与液氧反应非常危险。硅烷燃烧时火焰呈深黄色,在氧气充足的条件下 发生反应: SiH4+2O2SiO2+2H2O H= - 362 kcal/mol 若氧气不足,则有不完全氧化反应发生: SiH4+O2SiO2+2H2 H= - 226 kcal/mol 燃烧产

3、生的高温还使部分未反应的硅烷发生热分解反应: SiH4Si+2H2 H= - 8.2 kcal/mol,5,气体间相互反应情况,一.硅烷使用方面的安全 1.整个系统在使用前要进行彻底的吹扫,吹扫不彻底只会推迟着火,反而会 加大随后爆炸的危害。建议使用压力循环和真空循环吹扫; 2.不把吹扫用氮气瓶和硅烷气瓶放在同一个气瓶柜中,这种放置较为安全; 3.确保没有交叉连结或者可能导致交叉连结的故障点; 4.安装能防止不相容气体(特别是氧化剂)倒流回气瓶的装置; 5.提供有效的通风条件以防止爆炸性气体的积聚; 6.对排放的尾气必须经过处理:硅烷浓度低于0.5%时一般作解毒处理,超过 0.5%时必须首先进

4、行防爆稀释处理后再进行解毒处理; 7.气体监控、防火和排气系统设置备份电源; 8.最大限度地防止发生泄漏; 9.使用用高纯氮或惰性气体稀释的硅烷可以降低硅烷的危险,但是,必须清 楚,即使将硅烷浓度降到着火下限以下,也不能认为没有引起爆炸的可能 性;,7,硅烷操作和使用的安全,二.硅烷的贮存安全 1.建议使用钢瓶或有复合隔离材料包覆的铝瓶,铝瓶具有不生锈、颗粒 脱落少、吸附潮气少、破坏时裂成大块等优点,并且包覆材料可以延 长铝瓶丧失抗拉强度的时间; 2.建议使用带限流孔的气瓶,特别是使用气瓶柜贮存硅烷的用户; 3.阀门进行遥控操作也能降低火灾或造成的危害,而且操作更灵便爆炸; 4.所有气体钢瓶都

5、要求装上能在发生漏气时自动正向关闭的系统; 5.一般不建议使用气瓶柜和气瓶罩,因为即使气流线速度高达500英寸/分 ,也不能保证混合均匀、消除着火的危险; 6.最好将气瓶存放在有防护但完全通风的户外,以减小爆炸的几率和危 害。但应避免阳光直射和机械碰撞,室外存放场所应距离建筑物、街 道和设施管线至少25 m,否则必须用装有天蓬和洒水器的双面2小时防 火结构来防护;,8,7. 气瓶附近不要存放大量易燃、助燃物质,或存在这些物质的可能性; 8. 尽量减少换瓶次数,最好与供应商合作开发“随用随取”(JIT)供气系统 ,以减少现场硅烷气瓶的数目; 9. 换瓶时必须通过抽空和置换将可能暴露空气的管道中的

6、硅烷充分清除, 管道接入系统前必须充分抽空,保证清除管内的残余空气; 10.换瓶时建议适当使用防护衣、防护手套、防护鞋、面罩、眼镜、听力保护装置等;,9,三.对发生事故的紧急处理 1.卤素类灭火器不能用于硅烷引起的火灾。用水喷淋是较好的灭火办 法。但首先应切断气源; 2.人体吸入较浓的硅烷气体造成呼吸困难时,应立即采取有效的自救或 他救措施保持呼吸和脉搏。建议使用供氧呼吸器,必要时采取人工呼 吸; 3.发生热灼伤时应立即用冷水冲洗15分钟以上,再等待专业医护治疗。 建议使用手套等防护装备; 4.眼睛受到伤害时应立即用冷水冲洗30分钟以上,再等待专业医护治疗 ,建议使用防护眼镜和面罩;,10,传

7、感器-Gas sensors from RKI instruments,RKI is partnered with Riken Keiki Company, Ltd., the world leader in gas detection and sensor technologies. RKI is the exclusive North American supplier of Riken products.,传感器设置,警报设置原则可燃性气体如硅烷，氢气等，设定值须在气体爆炸下限的25以下；毒性气体如硼烷，磷烷等设定值应为其最高允许浓度。 传感器安置原则 气体可能泄漏处如气阀口、管道转接口

8、、真空泵抽口等； 泄漏气体可能聚集处如氢气易在车间屋顶聚集； 人员较集中处。 常见的传感器放置地方气瓶柜，阀箱，储气室，供气室，Local scrubber，PECVD腔体周围，输送管路转接处等。,钢瓶的更换,气体最容易发生泄漏的点是那些经常被移动的机械连接以及那些存在压力的地方。 钢瓶更换过程中：经常移动机械连接！瓶内外气体压强差极大！-因此钢瓶更换时最容易出事故 23%！,硅烷钢瓶的更换,抽空特气（抽走管路中的特气） 保负压测漏（确认各阀门已关紧） pre-purge（换钢瓶前抽真空，N2吹扫循环，最后管路只剩N2，确保管路中无残余特气） 更换钢瓶（钢瓶卸下后应有N2从接口流出，目的是不让

9、空气进入管道与SiH4反应堵塞流量计毛细管） 保正压测漏（确认各阀门已关紧） 高压测漏（N2或者He高压保压2小时以上，允许降2psig，保压时一定要使用高压保压，SiH4钢瓶满瓶压力大于1000psig，所以保压压力不能低于800psig，1psig=6894.76Pa） N2吹扫（确保管道内无残留空气） process purge（确保供应特气的纯度） 供应特气,气瓶的搬运,除人为搬运外，应保证气瓶始终处于固定状态。充装后“实瓶”和使用后“空瓶”，都应装配保护瓶阀用的阀帽并旋紧以保护阀门。 搬运前，应将联接气瓶的一切附件卸去，避免使用染有油脂的人手、手套、破布接触搬运气瓶。 不要拖拉滚踢钢

10、瓶，搬运钢瓶必需使用专用手推车，轻推轻抬。 被搬运的气瓶必须套有两个防震胶圈，勿使钢瓶滑落、碰撞，搬运路线要远离热源与火源。 搬运有四个角底座的气瓶，应使用气瓶手推车，因这种气瓶在地上滚动时，其底座的四个角会撞损地面，且易产生火星。 从充装间到瓶库或从瓶库到装卸平台之间来往搬运气瓶，应使用单瓶或双瓶手推车。 从低处到高处来往搬运散装气瓶，应使用适应瓶体形状的专用吊笼，用升降机吊上吊下，严禁使用吊钩或吊绳直接吊运气瓶。 吊运气瓶严禁使用电磁起重机。在任何情况下，都不得采用肩扛、背驮、怀抱、臂挟、托举、拖拉、横滚、近拽远抛或二人抬运等方式搬运气瓶。在地面搬运气瓶不得使用叉车、铲车和翻斗车。 搬运大

11、型气体钢瓶时，严禁使用电磁起重机和链绳。采用天车时，应在气瓶两端防护圈上挂钩，不得在瓶阀及瓶帽上挂钩。,16,危害处理1：特气泄漏,工作人员要马上撤离泄漏污染区，并尽可能采取措施阻止进一步泄露，严格限制出入，切断可能的火源; 若钢瓶发生泄漏，如有可能及时关闭气源，并及时通知供应商; 若是制程设备发生泄漏，关闭特气瓶阀，安全排放压力，于维修前确定使用惰性气体进行管线冲吹，确保泄露特气浓度低于安全阈值时，穿戴防护的维修人员方可进入; 由受训人员及时清理污染物，以减小对环境的污染;,安全措施,17,危害处理2：特气着火,疏散所有人员。如可行尽可能先关闭气源，再进行灭火。未关闭泄漏 之气源前，不可尝试

12、灭火，不可将水柱直接喷向火源，若将火焰灭掉，爆炸性的重新点燃可能会发生; 2. 如果是微漏，又无法止漏，对人的危险性不大，让火焰自行燃烧完毕， 在适当的距离喷洒大量的水以冷却附近的钢瓶，以及泄漏钢瓶本身， 直到火焰自行烧完，喷水的目的是防止温度上升过快，使得钢瓶内气 压急剧升高，造成钢瓶阀漏气或爆裂，加剧灾情; 3. 大火时，必须在远距离以无人操作的洒水设备扑灭大火; 迅速撤离泄漏污染区人员至上风处并进行隔离，严格限制出入， 切 断可能的火源，切断气源。处理泄漏时，消防人员必须穿全身防火 防毒服，在上风向灭火。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至 空旷处;,安全措施,个人防护,员工在储存和搬

13、运有毒气源、有毒液体和清洗设备部件时会 有可能接触到有害物质，因此必须做好防护工作： 运输和处理有毒气源、有毒液体时一定要穿好防护服，避免身体组织接触到有毒物质； 处理有毒气源时，一定要戴好呼吸器，避免吸入身体，相关人员要配备便携式气体探测器，以保证安全； 清洗设备之前，切勿使皮肤直接接触到部件。,从1968年开始半导体行业开始少量的使用硅烷。 硅烷最大的危害就是它释放到空气后的不可预测性： 不燃烧、立即燃烧、延迟燃烧。 过去20年里有许多因硅烷使用不当而导致的事件发生： 硅烷从气柜中释放以及爆炸 硅烷从输送管道中释放以及爆炸 释放以及火灾 钢瓶爆炸 压力释放装置泄漏 铝钢瓶爆裂,硅烷 SiH

14、4事故,案例分析-1998.11台湾特气柜火灾（硅烷）,客户使用85psig的压力测漏，而不是选择超过满钢瓶压强的压力测漏。 左边钢瓶更换两分钟后火焰从侧孔漏出，当时没有人且门关着。 火灾发生在气柜中，至阀门备关闭时，火灾持续了10分钟。,案例分析-2003.10美国特气柜火灾（硅烷）,12公斤硅烷装于50L铝钢瓶，压力为1100psig，泄露发生在阀门出口连接的测漏孔处，在阀门被关上前，火灾持续了6个小时，期间为了关上阀门不得不清理掉大量的SiO2残渣。,案例分析-2005.11.23台湾特气柜爆炸（硅烷）,在更换气柜钢瓶时，满瓶中硅烷泄露但并未立即燃烧，等聚集到一定量后，亚稳的硅烷空气混合物突然燃烧，炸毁气柜并致操作人员死亡。 储存室中其他气体硅烷以及氨气也开始泄露。,总结,硅烷是一种对氧非常敏感、十分危险的气体,如果处理不当或意外泄漏,可 能引起火灾或爆炸。尽管至今对硅烷着火和爆炸的机理还没有充分阐明, 大多的安全知识来自硅烷的实践经验,但积累的试验数据和事故教训分析 已经可以指导实现安全操作。根据长期从事硅烷的制备、处理和应用的 实践,可以