СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕТРАФТОРИДА КРЕМНИЯ ОТ ПРИМЕСИ ЛЕТУЧИХ ФТОРИДОВ ФОСФОРА
METHOD OF REMOVING PHOSPHORUS FLUORIDE VOLATILE IMPURITIES FROM SILICON TETRAFLUORIDE

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в технологии получения поликристаллического кремния.
4
В технологии получения поликристаллического кремния (далее ПКК) в ряде способов промежуточным продуктом является SiF, нередко загрязненный различными летучими фторидами, в частности фторидами фосфора. В связи с этим при получении ПКК, применяемого в полупроводниковой технике и др. областях, наличие примесей фосфора строго регламентируется.
4
4
4
4
Известен способ очистки SiF от примесей [Галкин Н.П. и др. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М.: Атомиздат, 1978, с.77] в циклах сорбции-десорбции на фторидах щелочных или щелочноземельных металлов. Основным недостатком способа является малая степень очистки целевого вещества от примесей. В частности, при проведении цикла сорбции SiF с примесью летучих фторидов фосфора (под летучими фторидами фосфора подразумевается сумма веществ - три- и пентафторид фосфора, а также окситрифторид фосфора) при 200-250°C и последующей десорбции SiF при 550-600°C, наблюдается снижение содержания фосфора в конечном продукте не более чем в два раза. Такой результат является следствием того, что упругость пара SiF над гесафторосиликатом натрия, хотя и ниже упругости пара фторидов фосфора над двойными фторидами натрия фосфора при той же температуре, тем не менее, их величины составляют сравнимые величины.
4
4
Для достижения эффективной очистки SiF необходимо создать условия, когда давление пара SiF при температуре десорбции будет значительно выше, чем давление пара примесей фосфора над соответствующими солями.
Технический результат предлагаемого способа заключается в снижения давления пара соединений фосфора.
4
Технический результат предлагаемого способа очистки тетрафторида кремния от примеси летучих фторидов фосфора достигается тем, что проводят совместную сорбцию SiF и фторидов фосфора на фториде натрия при температуре 200-250°C с последующей десорбцией и конденсацией. На стадии десорбции в систему вводят пары воды при температуре 450-550°C.
4
4
4
При 200-250°C тетрафторид кремния и фториды фосфора сорбируются на фториде натрия, а присутствующий фторид водорода практически не взаимодействует с сорбентом. Температуру поднимают до 450-550°C, создавая атмосферу над солями, содержащую полностью десорбируемые летучие фториды фосфора и незначительную часть SiF. В систему вводят пары воды. При таких температурах происходит полный гидролиз соединений фосфора с образованием нелетучих соединений, а SiF в этих же условиях гидролизуется в значительно меньшей степени, образуя чистый от примеси фосфора газообразный тетрафторид кремния. Температуру повышают до 550-600°C с целью полной десорбции тетрафторида кремния, который в дальнейшем конденсируют в приемную емкость. Степень очистки SiF от соединений фосфора за одну обработку снижается более чем на два порядка (см. пример).
4
При температуре выше 550°C SiF начинает десорбироваться с увеличивающейся скоростью и его парциальное давление в смеси над солями становится большим, чем парциальное давление суммы фторидов фосфора, что ведет к снижению выхода очищенного тетрафторида кремния.
При температуре ниже 450°C степень десорбции фторидов фосфора не достигает максимального значения. Часть фторидов фосфора остается связанной с сорбентом и при осуществлении процесса десорбции при 550-600°C этот фосфор будет загрязнять целевой продукт.
Пример
4
4
4
SiF, содержащий в качестве примеси 1,008 мас.% фторидов фосфора, а также некоторое количество фторида водорода, сорбировали на NaF при температуре 225°C. Неадсорбируемый HF направляли на поглощение в систему защиты атмосферы установки. Затем температуру реактора повысили до 500°C, при этом давление в реакторе повысилось до 3 атм. В реактор ввели водяной пар под давлением 3,5 атм и произвели выдержку реактора в этих условиях в течение 2-3 мин. Температуру в реакторе повысили до 600°C и произвели полную десорбцию SiF. Затем газовую смесь очистили от HF одним из известных способов и SiF сконденсировали в приемную емкость при температуре сухого льда.
На основании произведенных химических анализов соединений системы, в том числе промежуточных (см. таблицу), определяли степень очистки целевого вещества от примеси фосфора.
Соединение
SiF<sub>4</sub> (исходный)
Na<sub>2</sub>SiF<sub>6</sub>
NaF (после десорбции)
SiF<sub>4</sub> (конечный)
Содержание фосфора, мас.%
1,008
0,470
0,930
0,003
4
Как следует из данных, представленных в таблице, степень очистки SiF достигает 99,7%.