全氟化产物的纯化方法技术

本发明专利技术公开了含有小于约１０ｐｐｍ（摩尔）以下杂质（例如四氟甲烷（ＰＦＣ－１４））的三氟化氮（ＮＦ↓［３］）。公开了使用夹带剂的共沸与萃取蒸馏方法，该方法用于将ＮＦ↓［３］和ＰＦＣ－１４彼此分离和从含其他电子工业材料的混合物中分离。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
全氟化产物的纯化方法交叉参考相关申请该申请要求1997年11月10日申请的US临时申请60／064993和1998年5月20日申请US临时申请60／086146的优先权。专利
本专利技术涉及采用共沸与萃取蒸馏方法分离与纯化来自含有各种化合物的起始混合物的全氟产物的方法，这样得到高纯度全氟产品。专利技术的
技术介绍
为了制造半导体装置，在等离子体-蚀刻硅-型材料的加工方法中使用各种气态含氟化合物。四氟甲烷(CF4或PFC-14)主要应用是在半导体装置生产时等离子体蚀刻。等离子体蚀刻剂与集成电路晶片表面相互作用，改善其表面以便制造电路，并为该表面提供确定集成表面的功能性。三氟化氮(NF3)主要应用是在半导体装置生产中作为“化学蒸汽沉积”(CVD)室的清洁气体。CVD室的清洁气体用于生成等离子体，它与半导体生产设备的内表面相互作用，除去随着时间而积累的各种沉积物。在半导体生产应用中，作为蚀刻剂或清洁气体使用的如PFC-14和NF3之类的全氟化化学品较普遍地称之“电子气体”。高纯度的电子气体对于这样的半导体装置的生产应用是很关键的。曾发现，在这些气体中的甚至非常少量杂质进入半导体装置生产工具都可能造成宽的线宽，因此每个装置信息少。此外，在等离子体蚀刻或清洁气体中，这些杂质，包括但不限于微粒、金属、湿气、和其它卤烃的存在，甚至存在量仅为ppm级，在生产这些高-密度集成电路时都会增加次品率。因此，日益不断增加需要高纯度蚀刻剂和清洁气体，和不断增加的具有所要求纯度材料的市场价。鉴定有害组分及其除去方法因此是制备用于这些应用的含氟化合物的主要方面。这些蚀刻剂和清洁气体没有被半导体生产过程完全消耗掉，而它们从集成生产设备中还以有限的浓度排出。这些生产设备的废气流不仅含有不同量的未反应的全氟化蚀刻剂和清洁气体，而且还可能含有-->各种不同的反应产物和空气组分，它们包括但不限于氟化氢(HF)、四氟乙烯(C2F4或PFC-1114)、氟甲烷(CH3F或HFC-41)、三氟甲烷(CHF3或HFC-23)、氯三氟甲烷(CClF3或CFC-13)、氮、氧、二氧化碳、水、甲烷、乙烷、丙烷和氧化亚氮(N2O)。在半导体生产应用中还使用各种其它的氟化化合物，其中包括六氟乙烷(C2F6或PFC-116)、八氟环丁烷(环C4F8或PFC-C318)、八氟丙烷(C3F8或PFC-C218)、六氟化硫(SF6)、五氟乙烷(C2HF5或HFC-125)、三氟甲烷(CHF3或HFC-23)、四氟乙烷(C2H2F4或HFC-134a或HFC-134)和二氟甲烷(CH2F2或HFC-32)，经常将由这些方法出来的废气流与来自PFC-14和NF3方法的废气流合并。得到的合并废气流因此含有各种各样的化合物，浓度也很不一样。大量工作是正在进行研制捕获在这样设备排出的废气流中存在的氟化化合物的途径和办法，和研究处理这些化合物的选择方案。一种优选的处理选择方案是使这些气流中的某些氟化组分进行再纯化，以便再使用它们。由这些有价值的氟化化合物的分离很困难，这是由于在来自任何给定的生产点的合并废气流中可能存在各种各样的氟化化合物，还由于在这些化合物中有几种彼此会发生不理想的相互作用。例如，在这些化合物中，几种化合物与这些气流中的其它化合物生成共沸的或类共沸的组合物，如果不是不可能的话，也使得采用常规蒸馏方法进行分离变得至少很困难。本专利技术提供了从含有至少一些PFC-14和NF3杂质的气流除去氟化杂质的组合物和蒸馏方法，以便生产出纯化的PFC-14和／或NF3产品。这些方法实施很简单，可有效地得到纯度高，回收率也高的这两种化合物。专利技术的简要说明本专利技术包括基本无杂质，含有10ppm(摩尔)以下的杂质的NF3。本专利技术还包括含有10ppm(摩尔)以下PFC-14的NF3。本专利技术还包括共沸组合物，这些组合物基本组成如下：NF3和PFC-14；氯化氢和PFC-14；NF3和氯化氢；氧化亚氮和三氟甲烷；和氧化亚氮和氯化氢。本专利技术还包括一种分离方法，该方法是从含有PFC-14、NF3和任选地其它氟化化合物的第一种混合物中分离出PFC-14和NF3中的至少-->一种氟化化合物，该方法包括下述步骤：让至少一种夹带剂与第一种混合物接触，以生成第二种混合物，蒸馏第二种混合物，和回收PFC-14和NF3中的至少一种氟化化合物，该化合物基本上不含第一种混合物中的至少一种其它氟化组分。附图简要描述图1是蒸馏系统示意图，该系统可用于实施本方法的一个方面。图2是蒸馏系统示意图，该系统可用于实施本方法的一个方面。图3是在温度约-70℃下共沸与类共沸组合物图示，该组合物基本上由PFC-14和NF3组成。图4是在温度约-76℃下共沸与类共沸组合物图示，该组合物基本上由PFC-14和HCl组成。图5是在温度约-78℃下共沸与类共沸组合物图示，该组合物基本上由NF3和HCl组成。图6是在温度约-70℃下共沸与类共沸组合物图示，该组合物基本上由N2O和HFC-23组成。图7是在温度约-30℃下共沸与类共沸组合物图示，该组合物基本上由HCl和N2O组成。专利技术的详细描述分离的纯态PFC-14和NF3具有的性质对集成电路生产是重要的，并且这些性质典型地用于多个相关的生产步骤。这样一些化合物在集成电路生产中具有要求的更高精度和效果的一致性，对于这样一些应用来说，其极高的纯度变得至关重要。对于大多数预期应用来说，在PFC-14或NF3中存在任何其它的化合物都是不适合的。应该知道，PFC-14或NF3本身中的任何一种如果存在于其它产物流中都可能被认为是杂质。例如，在作为清洁剂产品出售的NF3中，甚至1ppm摩尔浓度PFC-14都被认为是杂质。同样地，在作为蚀刻剂产品出售的PFC-14中，甚至1ppm摩尔浓度NF3也被认为是杂质。希望有一些生产纯度达到99．999％(摩尔)的PFC-14或NF3产品的方法，但为电子气体应用，优选提供纯度至少99．9999％(摩尔)的方法。测定PFC-14和NF3产品中如此低浓度杂质的分析方法是可得到的。例如，在1995《SEMI标准》，第149-153页，SEMI C3．39．91-三氟化氮的标准中，公开了-->NF3产品中低浓度PFC-14和其他杂质的分析方法。另外，在“高纯度C2F6工艺气体纯化和证明策略的研究”，《微量杂志》(Micro Magazine)，1998年4月，第35页中，公开了在PFC-116中低浓度PFC-14和其它杂质浓度的分析技术，而这些分析技术也可应用于分析NF3和PFC-14产品。以前两篇文献公开内容作为参考文献列于本文。生产NF3的常规方法常常生产出PFC-14，它在NF3产物流中作为一种组分。因为常规方法不能将PFC-14从NF3产物中分离出来，尽管期望在所述NF3产物中具有较低浓度的PFC-14，但是含有约10ppm-摩尔以下PFC-14的NF3产物是不可得到的。另外，在集成电路生产方法中使用PFC-14和NF3时，无论PFC-14还是NF3电子气体都没有完全消耗完，这些化合物中至少一些仍留在生产过程设备的废流出物中。这种废流出物可能含有多种附加杂质，例如副产物氯化氢(HCl)、氟化氢(HF)，和其中还含有多种氟化化合物。在代表性的生产设施中，从各种P本文档来自技高网...

【技术保护点】
三氟化氮（ＮＦ↓［３］），它含有１０ｐｐｍ（摩尔）以下杂质。

【技术特征摘要】
US 1997-11-10 60/064993;US 1998-11-9 09/189322;US 1、三氟化氮(NF3)，它含有10ppm(摩尔)以下杂质。2、三氟化氮(NF3)，它含有10ppm(摩尔)以下氟化杂质。3、三氟化氮(NF3)，它含有10ppm(摩尔)以下四氟甲烷(PFC-14)。4、三氟化氮(NF3)，它含有3ppm(摩尔)以下四氟甲烷(PFC-14)。5、三氟化氮(NF3)，它含有1ppm(摩尔)以下四氟甲烷(PFC-14)。6、99．999％(摩尔)纯的三氟化氮(NF3)。7、99．9999％(摩尔)纯的三氟化氮(NF3)。8、一种共沸或类共沸组合物，该组合物基本上由约20-55％(摩尔)四氟甲烷(PFC-14)和约80-45％(摩尔)三氟化氮(NF3)组成，所述组合物的沸点是从在绝对压力47磅／英寸2下为-110℃至在绝对压力645磅／英寸2下为-40℃。9、一种共沸或类共沸组合物，该组合物基本上由约7-9％(摩尔)氯化氢(HCl)和约93-91％(摩尔)四氟甲烷(PFC-14)组成，所述组合物的沸点是从在绝对压力77磅／英寸2下为-100℃至在绝对压力497磅／英寸2下为-50℃。10、一种共沸或类共沸组合物，该组合物基本上由约94-93％(摩尔)三氟化氮(NF3)和约6-7％(摩尔)氯化氢(HCl)组成，所述组合物的沸点是从在绝对压力79磅／英寸2下为-100℃至在绝对压力487磅／英寸2下为-50℃。11、一种共沸或类共沸组合物，该组合物基本上由约95-90％(摩尔)氧化亚氮(N2O)和约5-10(摩尔)三氟甲烷(HFC-23)组成,所述组合物的沸点是从在绝对压力13磅／英寸2下为-90℃至在绝对压力824磅／英寸2下为25℃。12、一种共沸或类共沸组合物，该组合物基本上由约76-83％(摩尔)氧化亚氮(N2O)和约24-17％(摩尔)氯化氢(HCl)组成，所述组合物的沸点是从在绝对压力14磅／英寸2下为-90℃至在绝对压力828磅／英寸2下为25℃。13、一种从第一混合物分离三氟化氮(NF3)的方法，该混合物含有三氟化氮(NF3)和四氟甲烷(PFC-14)，其中在第一混合物中三氟化氮(NF3)的量超过了在含有三氟化氮(NF3)和四氟甲烷(PFC-14)的共沸或类共沸组合物中的三氟化氮(NF3)的量，该方法包括：蒸馏第一混合物以形成第二混合物，该第二混合物含有含三氟化氮(NF3)和四氟甲烷(PFC-14)的共沸或类共沸组合物，以蒸馏塔顶馏出物物流回收第二混合物，和以蒸馏塔底物物流回收三氟化氮(NF3)。14、一种从第一混合物分离四氟甲烷(PFC-14)的方法，该混合物含有三氟化氮(NF3)和四氟甲烷(PFC-14)，其中在第一混合物中四氟甲烷(PFC-14)的量超过了在含有三氟化氮(NF3)和四氟甲烷(PFC-14)的共沸或类共沸组合物中的四氟甲烷(PFC-14)的量，该方法包括：蒸馏第一混合物以形成第二混合物，该第二混合物含有有三氟化氮(NF3)和四氟甲烷(PFC-14)的共沸或类共沸组合物，以蒸馏塔顶馏出物物流回收第二混合物，和以蒸馏塔底物物流回收四氟甲烷(PFC...

【专利技术属性】
技术研发人员：BA马勒，RN米勒，CPC考，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[]