用于纯化四氟化硅的方法技术

本发明专利技术提供通过使源气体进行一个或多个纯化工艺来纯化四氟化硅源气体的方法，所述纯化工艺包括：将四氟化硅源气体与离子交换树脂接触以除去酸性杂质、将四氟化硅源气体与催化剂接触以除去一氧化碳、通过使用吸收液除去二氧化碳，以及通过低温蒸馏除去惰性化合物；本发明专利技术还提供适合从四氟化硅源气体中除去一氧化碳的催化剂和用于制备这样的催化剂的方法。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号为200880108027. 5，申请日为2008年9月11日，国际申请号为PCT/US2008/076027的中国专利申请的分案申请。
技术介绍
本专利技术涉及通过除去酸性化合物、一氧化碳、二氧化碳、惰性化合物及其组合来纯化四氟化硅气体的方法，更具体地，本专利技术涉及通过使用离子交换树脂除去酸性化合物、通过使用包含惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物的催化剂除去一氧化碳、通过使用包含至少一种二醇二醚的吸收液除去二氧化碳、通过使用低温蒸馏工艺除去惰性气体、及其组合。多晶硅是许多商品的重要组分，包括例如集成电路和光电(即太阳能)电池。多晶硅通常通过化学气相沉积机理制备，其中在流化床反应器中将硅从通常为硅烷的 热分解性硅化合物中沉积至晶种颗粒上。可以通过四氟化硅与金属氢化物如四氢化铝钠(NaAlH4)的反应由四氟化硅制备硅烷。可以通过多种方法制备四氟化硅，例如作为来自磷肥生产副产物氟硅酸的气体。商业生产的四氟化硅气体通常包含大量杂质，例如一氧化碳，二氧化碳，惰性化合物，金属杂质如硼、磷和钙化合物，和酸化合物如盐酸、二氧化硫、三氧化硫和氢氟酸。这些杂质可以引起微电子器件的缺陷和可能故障。因此亟需减少商业生产的四氟化硅源气体中杂质的方法。专利技术概述根据一方面，用于制备纯化四氟化硅气体的方法包括将四氟化硅源气体与催化剂接触。四氟化娃源气体包含四氟化娃和一氧化碳。催化剂包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物。通过使一氧化碳与催化金属氧化物反应使至少部分一氧化碳吸附于催化剂的表面。该反应形成一种或多种金属羰基配合物。这导致产生一氧化碳浓度下降的纯化的四氟化硅气流。根据另一方面，用于从四氟化硅气体中除去杂质的催化剂包含选自氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇及其混合物的惰性基材。催化剂包含惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物，所述催化金属氧化物包含选自铜、锰、铬、钴、铊、钥、银及其混合物的催化金属。另一方面，用于制备包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物的催化剂的方法包括将催化金属浸溃在惰性基材的表面上或遍及大部分惰性基材，将经金属浸溃的惰性基材加热至至少约1000° C的温度以形成惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物。其它目的和特征部分显而易见，部分在下文指出。附图简述图I是例示根据本专利技术一个实施方案的用于纯化四氟化硅源气体的流程图的框图；以及图2是用于制备实施例I中提出的催化剂的惰性基材的反应装置的横截面。相应附图标记在整个附图中表示相应部分。专利技术详述本专利技术的多个方面之一是用于纯化四氟化硅源气体的方法。纯化技术包括例如通过使用离子交换树脂从四氟化硅源气体中除去酸性气体、通过使用催化剂除去一氧化碳、通过使用包含至少一种二醇二醚的吸收液除去二氧化碳、通过使用低温蒸馏除去惰性气体及这些技术的组合。本专利技术的另一方面之一是通过使气体与包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的金属氧化物的催化剂接触以纯化四氟化硅源气体的方法、包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的金属氧化物的催化剂、以及制备这样的催化剂的方法。根据本专利技术实施方案的方法，使包含杂质的四氟化硅源气体进行一个或多个纯化步骤以除去部分或全部杂质。例如，如图I所示，可以将源气体与离子交换树脂接触以除去部分或全部存在于气态料流中的酸性气体以及至少部分或全部存在于气态料流中的任何湿气。作为替换或更进一步地，可以将源气体与一种或多种催化剂接触以除去部分或全部存在的任何一氧化碳。作为替换或更进一步地，可以将源气体与吸收液接触以除去二氧化碳。可以将分离再生系统用于再生离子交换材料、催化剂和吸收液。最后，作为前述纯化步骤的替换或更进一步地，可以将四氟化硅源气体送至低温蒸馏单元以除去惰性气体。在低温蒸馏后，可以将四氟化硅作为液体储存并进一步压缩用于缸筒灌装。虽然图I例示包括以特定顺序连续的每一上述纯化步骤在内的全过程，应该注意到在不偏离本专利技术范围的条件下可以省略一个或多个纯化步骤。此外，可以以任意组合实施纯化步骤，然而，如以下所详细讨论的，某些工艺顺序在协同增效方面优于其它工艺顺序。虽然优选依序实施纯化步骤，但它们也可以平行进行，虽然这样的工艺流程可以减少在全过程中除去的杂质的总量。在任何纯化步骤后纯化的四氟化硅气体可以被送至压缩和气瓶罐装，这未在图I中示出。在不偏离本专利技术范围的条件下纯化步骤可以被重新排序和/或完全省略。 A.通过使用离子交换树脂除去酸性化合物 四氟化硅源气体通常包含酸性化合物，例如氟化氢、盐酸、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢及其混合物。根据一个实施方案，将部分四氟化硅源气体与离子交换床接触以制备酸性化合物浓度下降的纯化的四氟化硅气流。离子交换床通常包含一种或多种离子交换树脂。适当的离子交换树脂为本领域技术人员容易获知并可以在文献(见例如，Perry’s Chemical Engineering Handbook (Perry化学工程手册)，第七版，表16-6，第16-10页)中找到。通常，将阴离子交换树脂用于除去酸化合物(例如氟化物、氯化物)的带负电组分。适当的树脂包括基于聚苯乙烯的树脂和基于纤维素的树脂。适当的基于聚苯乙烯的树脂包含三甲基苄基铵和二甲基羟乙基铵。适当的基于纤维素的树脂包含乙基二甲基按、二乙基轻丙基按、氣基乙基和_■乙基氣基乙基。在至少一个实施方案中，可以通过用包含无机酸和有机溶剂的溶液冲洗以再生离子交换树脂。适当的无机酸包括盐酸、硝酸和硫酸。适当的有机溶剂包括链烷醇。任选地或更进一步地，可以将四氟化硅源气体与离子交换树脂(如以上列出的那些)接触以除去非酸性化合物，例如烃、一氧化碳和二氧化碳。B.杂质如一氧化碳的催化纯化在本专利技术的至少某些实施方案中，将四氟化硅源气体与包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物的催化剂接触。在至少某些实施方案中，催化剂包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物，所述惰性基材选自氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇及其混合物，以及所述催化金属氧化物包含选自铜、锰、铬、钴、铊、钥、银及其混合物的催化金属。虽然催化剂非常适合从四氟化硅源气体中除去一氧化碳，但应该理解催化剂能够除去其它化合物并且能够从除了四氟化硅源气体以外的源气体中除去化合物。I.催化剂本专利技术的催化剂包含惰性基材和惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的催化金属氧化物。催化剂通常具有大比表面积和高孔隙率以增强选择性。通常，催化剂显示微孔率(即在分子水平的孔隙率)。此外，优选催化剂为暴露于酸性环境如盐酸、二氧化硫、三 氧化硫和氢氟酸而基本上不降低催化剂性能的催化剂。在这点上，优选催化剂不与以上列出的酸反应。I.某材适当的惰性基材包括例如氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇及其混合物。其它基材如沸石和粘土显示所需的孔隙率，然而当其与酸性化合物接触时它们通常更易于降解。在这点上，可以优选在将气流与包含一种或多种包含沸石和/或粘土的基材的催化剂接触之前从气流中除去酸性化合物。可以通过将包含金属(例如锆、硅、铝和钇)的化合物暴露于氢和氧火焰下制备具有所需整体孔隙率和微孔率的基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从四氟化硅气体中除去杂质的催化剂，所述催化剂包含：具有表面的惰性基材，其选自氧化锆、水合硅酸铝、二氧化硅、氧化铝、氧化钇和它们的混合物，该惰性基材包含金属氧化物稳定剂，其中该金属氧化物稳定剂包含选自镧系元素、锕系元素、镁、钇、钙及其混合物的金属，惰性基材中稳定剂的量低于约0.1重量%；以及催化金属氧化物，其包含惰性基材表面上或接近惰性基材表面处的选自铜、锰、铬、钴、铊、钼、银和它们的混合物的催化金属。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：维塔尔·雷万卡尔，贾米勒·伊布拉希姆，
申请(专利权)人：MEMC电子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：