JP2931660B2 - Purification method of silicon tetrafluoride gas - Google Patents

Purification method of silicon tetrafluoride gas

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は四弗化ケイ素(SiF4)ガスの精製方法に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for purifying silicon tetrafluoride (SiF 4 ) gas.

更に詳しくは、四弗化ケイ素ガス中の二酸化炭素(CO
2)の除去方法に関する。
More specifically, carbon dioxide (CO) in silicon tetrafluoride gas
2 ) The removal method.

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by conventional technology and invention]

四弗化ケイ素ガスは、アモルファスシリコン薄膜半導
体用の原料やドライエッチング剤として近年注目されて
いるが、これらの用途としての四弗化ケイ素ガスは高純
度のものが要求されている。
Silicon tetrafluoride gas has recently attracted attention as a raw material for amorphous silicon thin film semiconductors and as a dry etching agent, but high purity silicon tetrafluoride gas for these uses is required.

四弗化ケイ素ガスは種々の方法で製造されているが殆
どの場合、二酸化炭素を不純物として含有している。四
弗化ケイ素ガスは、例えばケイ弗酸やケイ弗化化合物の
酸の酸分解法、ケイ弗化化合物の熱分解法、弗化水素と
二酸化ケイ素との反応による合成法など種々の方法で製
造されている。
Silicon tetrafluoride gas is produced by various methods, but in most cases contains carbon dioxide as an impurity. Silicon tetrafluoride gas is produced by various methods such as an acid decomposition method of an acid of silicofluoric acid or a silicofluoride compound, a pyrolysis method of a silicofluoride compound, or a synthesis method by a reaction between hydrogen fluoride and silicon dioxide. Have been.

しかしながら、これらの製造方法により得られた四弗
化ケイ素ガス中には、数100ppmのCO2を含有しているの
で、これを除去する必要がある。特にアモルファスシリ
コン薄膜半導体の原料として使用する場合には、CO2
存在は生成したシリコン薄膜中に多量の酸素が混入し、
半導体特性に悪影響を及ぼすので特に除去しなければな
らない。
However, since the silicon tetrafluoride gas obtained by these production methods contains several hundred ppm of CO 2 , it must be removed. Especially when used as a raw material of amorphous silicon thin film semiconductor, the presence of CO 2 causes a large amount of oxygen to be mixed into the generated silicon thin film,
Since it has a bad influence on semiconductor characteristics, it must be particularly removed.

CO2の除去に関しては、活性炭、活性アルミナ、ゼオ
ライト等の使用により吸着除去する方法が知られてい
る。しかしながら、これらの吸着剤を使用した場合、主
ガスである四弗化ケイ素も同時に吸着されるため、収率
が低下するという問題がある。また、ゼオライトを使用
する吸着除去法については(特開昭59−50016号公報)
の方法があり、アモルファスシリコン薄膜半導体原料な
どに要求される高純度の四弗化ケイ素ガス、即ち、不純
物、特にCO2を数ppm程度まで低下させる方法が強く求め
られているのである。
Regarding the removal of CO 2 , there is known a method of removing by adsorption using activated carbon, activated alumina, zeolite, or the like. However, when these adsorbents are used, the main gas, silicon tetrafluoride, is also adsorbed at the same time, so that there is a problem that the yield is reduced. For the adsorption removal method using zeolite, see JP-A-59-50016.
There is a strong demand for a method of reducing high-purity silicon tetrafluoride gas, which is required for amorphous silicon thin film semiconductor raw materials, ie, impurities, particularly CO 2, to about several ppm.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者らはかかる状態に鑑み、四弗化ケイ素中のCO
2の除去方法について種々の吸着剤を用いて鋭意検討を
重ねた結果、ハイドロタルサイト類似化合物を加熱処理
することで、四弗化ケイ素ガスのCO2を極めて効率良
く、しかも四弗化ケイ素の収率を低下させることなく除
去できることを見出し、本発明を完成するに至ったもの
である。
In view of such a situation, the present inventors consider that CO 2 in silicon tetrafluoride
As a result of intensive studies using various adsorbents on the removal method of 2 , as a result of heat treatment of the hydrotalcite-like compound, CO 2 of silicon tetrafluoride gas was extremely efficiently removed, and silicon tetrafluoride was removed. They have found that they can be removed without reducing the yield, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、予め脱水処理をしたハイドロタルサ
イトに、実質的に水分の混入しない状態で、−10〜−90
℃の温度範囲において通気させ、該脱水処理が100〜300
℃の範囲で加熱処理する四弗化ケイ素ガスの精製方法に
関する。
That is, the present invention provides a hydrotalcite that has been previously dehydrated, in a state where water is not substantially mixed therein, from -10 to -90.
Aeration in the temperature range of 100 ° C.
The present invention relates to a method for purifying silicon tetrafluoride gas which is heat-treated in the range of ° C.

〔発明の詳細な開示〕[Detailed Disclosure of the Invention]

以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.

ハイドロタルサイトは、天然鉱物でノルウェーのスナ
ルム、ソ連のウラルなどの限られた地域に、ペニトレイ
ト、ムスコバイトなどとの混合物として産出する。しか
しながら、天然品に比べより安定した合成品が好んで用
いられる。
Hydrotalcite is a natural mineral that is produced as a mixture with penitrate, muskovite, etc. in limited areas, such as Norway's Sunalm and the Soviet Ural. However, synthetic products that are more stable than natural products are preferably used.

本発明に於いて使用するハイドロタルサイト類似化合
物(以下、ハイドロタルサイトと称す。)は、MOL〔15,
2,31(1977)及び15,10,32(1977)〕に記載の次式で表
される。
The hydrotalcite-like compound (hereinafter referred to as hydrotalcite) used in the present invention is a compound having a MOL of [15,
2, 31 (1977) and 15, 10, 32 (1977)].

[M1-X 2+MX 3+(OH)X+[Ax/n n-・mH2O]x-で、M2+
は、二価金属、Mg2+であり、、M3+は、三価金属Al3+
ある。An-は、n価アニオン、例えば、Cl-、Fe(CN)6
4-である。xは、0<x<0.33の範囲にあるものであ
る。
[M 1-X 2+ M X 3+ (OH) 2] X + [A x / n n- · mH 2 O] in x-, M 2+
Is a divalent metal, Mg 2+ , and M 3+ is a trivalent metal, Al 3+ . A n- is an n-valent anion such as Cl , Fe (CN) 6
4- . x is in the range of 0 <x <0.33.

製造方法としては、塩化アルミニウム水溶液、塩化マ
グネシウム水溶液、炭酸ナトリウム水溶液及び水酸化ナ
トリウム水溶液を常温、常圧下において、連続的に反応
槽に供給し、混合する。これらの混合物はpH=10〜11に
保つように水酸化ナトリウムで供給速度を調節する。得
られた懸濁液をろ過、水洗してから乾燥し、造粒機によ
り2mm程度の球状として、さらにK4Fe(CN)溶液に浸
漬し、ろ過した後乾燥して得られる。
As a production method, an aqueous solution of aluminum chloride, an aqueous solution of magnesium chloride, an aqueous solution of sodium carbonate and an aqueous solution of sodium hydroxide are continuously supplied to a reaction vessel at normal temperature and normal pressure and mixed. The feed rates of these mixtures are adjusted with sodium hydroxide to maintain pH = 10-11. The obtained suspension is filtered, washed with water, dried, formed into a spherical shape of about 2 mm by a granulator, further immersed in a K 4 Fe (CN) 6 solution, filtered, and dried.

得られるハイドロタルサイトは、数%の水分が含まれ
ているので、脱水処理を行う。
Since the obtained hydrotalcite contains several percent of water, it is subjected to a dehydration treatment.

脱水処理は100〜300℃の温度で加熱処理を行う。100
℃未満では、層間水の脱離が不十分となり、CO2の吸着
量が低下する。300℃を超えるとハイドロタルサイト中
の構造水の脱離が始まり、構造変化が起き吸着量の低下
を生ずる。
The dehydration treatment is performed at a temperature of 100 to 300 ° C. 100
If the temperature is lower than ℃, desorption of interlayer water becomes insufficient, and the amount of adsorbed CO 2 decreases. If the temperature exceeds 300 ° C., desorption of the structural water in the hydrotalcite starts, causing a structural change and a decrease in the amount of adsorption.

加熱処理時間は処理温度にもよるが、1〜5時間程度
が好ましい。
The heating time depends on the processing temperature, but is preferably about 1 to 5 hours.

四弗化ケイ素ガスの精製は、カラム等に充填されたハ
イドロタルサイト層に通気する方法で実施される。この
際の通気温度は−10〜−95℃が好ましい。
Purification of the silicon tetrafluoride gas is performed by a method in which the gas is passed through a hydrotalcite layer filled in a column or the like. The ventilation temperature at this time is preferably from -10 to -95C.

通気温度が−10℃を超えるとCO2の吸着能力が低下す
る。従って、吸着剤量を増加する必要があり、充填する
容器を大きくしなければならないという問題がある。ま
た、−90℃未満では、四弗化ケイ素の昇華温度が−95℃
であるので、この温度以下では操作が事実上困難であ
る。
If the aeration temperature exceeds −10 ° C., the ability to adsorb CO 2 decreases. Therefore, there is a problem that the amount of the adsorbent must be increased and the container to be filled must be enlarged. If the temperature is lower than −90 ° C., the sublimation temperature of silicon tetrafluoride is −95 ° C.
Therefore, operation is practically difficult below this temperature.

ハイドロタルサイト層への四弗化ケイ素ガスの通気速
度は、ハイドロタルサイトの充填量にもよるが0.3〜0.6
m/minが好ましい。
The ventilation rate of the silicon tetrafluoride gas to the hydrotalcite layer depends on the filling amount of the hydrotalcite, but it is 0.3 to 0.6.
m / min is preferred.

通気時の四弗化ケイ素の圧力は特に限定はなく、例え
ば、1torr程度の真空から10気圧程度の加圧の範囲で実
施可能である。
The pressure of silicon tetrafluoride at the time of ventilation is not particularly limited. For example, the pressure can be set within a range from a vacuum of about 1 torr to a pressure of about 10 atm.

四弗化ケイ素ガス中の二酸化炭素の分析法は、ガスク
ロマトグラフィーにより行なう。
The method for analyzing carbon dioxide in silicon tetrafluoride gas is performed by gas chromatography.

本発明は、この様に四弗化ケイ素ガス中の二酸化炭素
を吸着除去する方法において、吸着剤を脱水処理して、
特定の条件下で用いるという極めて簡単な方法で二酸化
炭素を完全に除去し、主成分である四弗化ケイ素の吸着
量がなく収率よく精製できる。アモルファスシリコン薄
膜半導体やドライエッチング剤の原料とする高純度の四
弗化ケイ素の提供を可能としたものである。
The present invention provides a method for adsorbing and removing carbon dioxide in silicon tetrafluoride gas in this manner, by dehydrating the adsorbent,
The carbon dioxide is completely removed by a very simple method of using under specific conditions, and there is no adsorption amount of silicon tetrafluoride as a main component, so that it can be purified in a good yield. It is possible to provide high-purity silicon tetrafluoride used as a raw material for an amorphous silicon thin film semiconductor and a dry etching agent.

以下実施例、比較例により本発明を具体的に説明す
る。尚、以下に於て%及びppmは特記しない限り容量基
準を表わす。
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples and Comparative Examples. In the following,% and ppm are on a volume basis unless otherwise specified.

実施例1 撹拌器、温度計、還流冷却器を備えた10四ッ口セパ
ラブルフラスコに、塩化アルミニウム水溶液3(0.2m
ol)、塩化マグネシウム水溶液3(10.6mol)、炭酸
ナトリウム水溶液3(0.15mol)を加え良く撹拌した
後、pH=10〜11に保つように水酸化ナトリウムを加え、
3時間反応を行った。得られた懸濁液をろ過し、充分に
水洗してから乾燥し、よく粉砕した後造粒機により2mm
程度の球状とした。その後さらに、K4Fe(CN)溶液に
浸し、ろ過した後乾燥し、球状のハイドロタルサイトが
得られた。
Example 1 A 10-neck four-neck separable flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a reflux condenser was charged with an aqueous solution of aluminum chloride 3 (0.2 m
ol), an aqueous solution of magnesium chloride 3 (10.6 mol) and an aqueous solution of sodium carbonate 3 (0.15 mol) were added and, after stirring well, sodium hydroxide was added so as to maintain the pH at 10 to 11,
The reaction was performed for 3 hours. The obtained suspension was filtered, thoroughly washed with water, dried, and pulverized well.
The shape was spherical. Thereafter, it was further immersed in a K 4 Fe (CN) 6 solution, filtered, and dried to obtain spherical hydrotalcite.

その後、内径15mmのステンレス製カラムに2mmに造粒
したハイドロタルサイトを充填(充填高さ400mm)した
後、脱水処理と四弗化ケイ素ガスの通気を、第1表に示
す条件で行った。
Thereafter, a stainless steel column having an inner diameter of 15 mm was filled with hydrotalcite granulated to 2 mm (filling height: 400 mm), and then dehydration treatment and aeration of silicon tetrafluoride gas were performed under the conditions shown in Table 1.

四弗化ケイ素ガスのハイドロタルサイト層への通気前
後のCO2の含有量をガスクロマトグラフィーにて測定し
た結果、良好に除去されていることが判った。また、四
弗化ケイ素の通気前後の重量から収率を計算した結果、
四弗化ケイ素がハイドロタルサイト層への吸着が少量で
あることが判明した。
As a result of measuring the content of CO 2 before and after aeration of the silicon tetrafluoride gas into the hydrotalcite layer by gas chromatography, it was found that the CO 2 content was favorably removed. Also, as a result of calculating the yield from the weight of silicon tetrafluoride before and after aeration,
It was found that silicon tetrafluoride had a small amount of adsorption on the hydrotalcite layer.

実施例2〜3 実施例1で製造したハイドロタルサイトを用いて、第
1表で示す加熱条件で処理を行い、第1表に示す条件で
通気した。
Examples 2 to 3 The hydrotalcite produced in Example 1 was treated under the heating conditions shown in Table 1 and aerated under the conditions shown in Table 1.

その結果、実施例1と同様に、四弗化ケイ素がハイド
ロタルサイト層への吸着が少量であることが判明した。
As a result, as in Example 1, it was found that the amount of silicon tetrafluoride adsorbed on the hydrotalcite layer was small.

実施例4〜5 実施例1で製造したハイドロタルサイトを用いて、実
施例1で行った通気条件のカラム内温度を第1表で示す
条件に変更し、通気した。
Examples 4 and 5 Using the hydrotalcite manufactured in Example 1, the temperature in the column under the aeration conditions performed in Example 1 was changed to the conditions shown in Table 1 and aeration was performed.

その結果、実施例1と同様に、四弗化ケイ素がハイド
ロタルサイト層への吸着が少量であることが判明した。
As a result, as in Example 1, it was found that the amount of silicon tetrafluoride adsorbed on the hydrotalcite layer was small.

比較例1〜2 実施例1で製造したハイドロタルサイトを用いて、第
2表に示す加熱条件で加熱処理を行い、第2表に示す条
件で通気した。その結果、ハイドロタルサイトの加熱処
理条件によっては、CO2が充分に除去されないことが判
明した。
Comparative Examples 1-2 Using the hydrotalcite produced in Example 1, heat treatment was performed under the heating conditions shown in Table 2 and ventilation was performed under the conditions shown in Table 2. As a result, it was found that CO 2 was not sufficiently removed depending on the heat treatment conditions of hydrotalcite.

比較例3〜5 実施例1と同じ装置を用い、第2表に示す吸着剤を用
いて第2表に示す加熱条件で加熱処理を行い、第2表に
示す条件で通気した。その結果、吸着剤によりCO2は充
分に除去されているものの、四弗化ケイ素がハイドロタ
ルサイト層への吸着が多量であり、収率が低下すること
が判明した。
Comparative Examples 3 to 5 Using the same apparatus as in Example 1, heat treatment was performed using the adsorbents shown in Table 2 under the heating conditions shown in Table 2, and aeration was performed under the conditions shown in Table 2. As a result, although CO 2 was sufficiently removed by the adsorbent, it was found that silicon tetrafluoride adsorbed a large amount on the hydrotalcite layer, and the yield was reduced.

〔発明の効果〕 本発明は、以上詳細に説明したように、四弗化ケイ素
ガス中のCO2を除去する方法において、吸着剤としてハ
イドロタルサイトを予め特定の温度に加熱して脱水処理
し、−10〜−90℃でかつ実質的に水分の混入しない状態
で、四弗化ケイ素ガスを通気するという極めて簡単な方
法である。
[Effects of the Invention] As described in detail above, the present invention provides a method of removing CO 2 in silicon tetrafluoride gas, in which hydrotalcite as an adsorbent is heated to a specific temperature in advance and dehydrated. -10 to -90 ° C. and a state in which substantially no water is mixed in, which is a very simple method of passing silicon tetrafluoride gas.

即ち、吸着剤がハイドロタルサイト以外である比較例
3〜5は、四弗化ケイ素の収率が低下し、また、四弗化
ケイ素の脱水処理が範囲外である比較例1〜2も四弗化
ケイ素の収率が低下し、収率の向上が達成されない。こ
れに対しハイドロタルサイトを使用し、使用条件が範囲
内である実施例は、四弗化ケイ素の収率が低下すること
なく、CO2のみを除去することが可能であり、これらの
性能が全て優れているのが明らかであり、本発明の意義
は大きい。
That is, in Comparative Examples 3 to 5 in which the adsorbent was other than hydrotalcite, the yield of silicon tetrafluoride was reduced, and in Comparative Examples 1 and 2, in which the dehydration treatment of silicon tetrafluoride was out of the range. The yield of silicon fluoride decreases, and improvement in yield is not achieved. On the other hand, the examples using hydrotalcite and the use conditions within the range are capable of removing only CO 2 without lowering the yield of silicon tetrafluoride, and these performances are poor. It is clear that all are excellent, and the significance of the present invention is great.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】一般式(1)で表されるハイドロタルサイ
ト化合物に、予め脱水処理をし実質的に水分の混入しな
い状態で、−10〜−90℃の温度範囲において通気させる
ことを特徴とする四弗化ケイ素ガスの精製方法。 〔M1-X 2+MX 3+(OH)X+〔AX/n n-・mH2O〕x- (1) (式中、M2+は二価金属Mg2+、M3+は三価金属Al3+、An-
はn価のアニオン、例えばCl-、Fe(CN)6 4-を示す。x
は、0<x<0.33を示す。)
The present invention is characterized in that the hydrotalcite compound represented by the general formula (1) is subjected to a dehydration treatment in advance and aerated in a temperature range of -10 to -90 ° C in a state in which substantially no water is mixed. A method for purifying silicon tetrafluoride gas. [M 1-X 2+ M X 3+ (OH) 2 ] X + [A X / n n− · mH 2 O] x− (1) (where M 2+ is a divalent metal Mg 2+ , M 3+ is trivalent metal Al 3+ , An-
N-valent anion, for example Cl -, Fe (CN) shows 6 4-. x
Indicates 0 <x <0.33. )
【請求項2】脱水処理が100〜300℃の範囲で加熱処理す
る特許請求の範囲第1項に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the dehydration treatment is performed by heating at a temperature in the range of 100 to 300 ° C.
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