JP4588396B2 - Method for producing tetrafluorosilane - Google Patents

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Description

本発明は、テトラフルオロシランの製造方法および用途に関する。   The present invention relates to a production method and use of tetrafluorosilane.

テトラフルオロシラン(SiF4)は、例えば光ファイバー用原料、半導体用原料、太陽電池用原料として高純度品が求められている。
SiF4の製造方法としては種々の方法が知られている。
例えば、古くから知られている方法としてヘキサフルオロケイ酸塩を熱分解する方法がある。
Na2SiF6→SiF4+2NaF (1)
Tetrafluorosilane (SiF 4 ) is required to be a high-purity product, for example, as an optical fiber raw material, a semiconductor raw material, or a solar cell raw material.
Various methods for producing SiF 4 are known.
For example, as a method that has been known for a long time, there is a method of thermally decomposing hexafluorosilicate.
Na 2 SiF 6 → SiF 4 + 2NaF (1)

しかし、ヘキサフルオロケイ酸塩等のケイフッ化金属塩にはH2Oや微量ではあるが、酸素含有ケイ酸化合物(例えばSiO2)が不純物として含まれている。このため、十分な前処理を行なわなければ、熱分解を行なったとき、前記不純物とSiF4が反応してヘキサフルオロジシロキサン((SiF32O)が生成する(後述の式(3)参照)。 However, silicofluorinated metal salts such as hexafluorosilicate contain oxygen-containing silicic acid compounds (for example, SiO 2 ) as impurities, though they are H 2 O and trace amounts. Therefore, unless sufficient pretreatment is performed, when pyrolysis is performed, the impurities and SiF 4 react to produce hexafluorodisiloxane ((SiF 3 ) 2 O) (formula (3) described later). reference).

また、濃硫酸の存在下、SiO2とHFを反応させることによってSiF4を製造する方法(特許文献1:特開昭57−135711号公報)が知られている。
4HF+SiO2→SiF4+2H2O (2)
Also known is a method for producing SiF 4 by reacting SiO 2 and HF in the presence of concentrated sulfuric acid (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 57-135711).
4HF + SiO 2 → SiF 4 + 2H 2 O (2)

しかし、この方法では、SiO2とHFの反応モル比が理論モル比に近づくと、生成したSiF4とSiO2が反応してヘキサフルオロジシロキサン(SiF32Oを生成するという問題がある。 However, this method has a problem that when the reaction molar ratio of SiO 2 and HF approaches the theoretical molar ratio, the produced SiF 4 and SiO 2 react to produce hexafluorodisiloxane (SiF 3 ) 2 O. .

SiF4の他の製造方法として、ヘキサフルオロケイ酸(H2SiF6)水溶液を、濃硫酸で脱水分解してSiF4を製造する方法(特許文献2:特開平9−183608号公報)が知られている。しかし、この方法では、前記熱分解反応と同様にフッ化水素(HF)が副生する。上記文献の方法では原料のH2SiF6を燐酸製造工程の副生物として取り出し、副生したHFを燐酸製造工程に戻して処理しているが、燐酸製造工程が前提となる方法であるため、多様な原料に対応することが難しい。 Another method for producing SiF 4, hexafluorosilicic acid (H 2 SiF 6) solution, a method of manufacturing a SiF 4 was dehydrated decomposed with concentrated sulfuric acid (Patent Document 2: JP-A-9-183608) is known It has been. However, in this method, hydrogen fluoride (HF) is by-produced as in the thermal decomposition reaction. In the method of the above document, the raw material H 2 SiF 6 is taken out as a by-product of the phosphoric acid production process, and the HF produced as a by-product is returned to the phosphoric acid production process and processed, but since the phosphoric acid production process is a premise, Difficult to handle various raw materials.

また、他の製造方法として、H2SiF6を垂直塔中に供給し、硫酸により分解しSiF4を製造する方法が知られている(特許文献3:特開昭60−11217号公報)。この方法でも上記と同様にフッ化水素(HF)が副生し、HFが硫酸中に含まれた状態で回収されるという問題点がある。また、SiO2をH2SiF6に懸濁させてHFと反応させる方法が記載されているが、HFと当量モルのSiO2を供給した場合、副生物として(SiF32Oが生成するという問題がある。 As another production method, there is known a method of producing SiF 4 by supplying H 2 SiF 6 into a vertical tower and decomposing it with sulfuric acid (Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-11217). This method also has a problem that hydrogen fluoride (HF) is produced as a by-product and is recovered in a state in which HF is contained in sulfuric acid, as described above. Further, a method is described in which SiO 2 is suspended in H 2 SiF 6 and reacted with HF. However, when SiO 2 equivalent to HF is supplied, (SiF 3 ) 2 O is generated as a by-product. There is a problem.

3SiF4+SiO2→2SiF3OSiF3 (3)
また、SiF4中に(SiF32O、CO2、O2等の不純物ガスが含まれている場合、SiF4をシリコン薄膜の原料として用いると酸素混入の原因となるため、半導体やファイバー特性に悪影響を及ぼす。従って、不純物の少ない高純度SiF4の要求が高まっている。
3SiF 4 + SiO 2 → 2SiF 3 OSiF 3 (3)
Further, in SiF 4 (SiF 3) 2 O , CO 2, if the impurity gas such as O 2 is contained, since the use of SiF 4 as the raw material of the silicon thin film caused the oxygen contamination, semiconductor and fiber Adversely affects properties. Accordingly, there is an increasing demand for high-purity SiF 4 with less impurities.

(SiF32O、CO2あるいはHFを含むSiF4の精製方法として、例えば(SiF32Oを含むSiF4を吸着剤により処理する方法が知られている(特許文献4:特開昭57−156317号公報)。しかしながら、使用後の吸着剤を加熱して再生すると、初期の吸着能が発揮できないことがある。この原因は定かではないが、吸着した(SiF32Oが吸着剤細孔内で分解するためと考えられる。分解により生成したSiO2は吸着細孔を閉塞し、吸着剤の再生使用を困難にするため、吸着剤を廃棄物として処理しなければならない問題がある。さらに、ガス流通前の吸着剤焼成が十分でないと、水分との副反応により、(SiF32Oを生成する原因になる。 As a method for purifying SiF 4 containing (SiF 3 ) 2 O, CO 2 or HF, for example, a method is known in which SiF 4 containing (SiF 3 ) 2 O is treated with an adsorbent (Patent Document 4: Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260) Sho-57-156317). However, when the adsorbent after use is heated and regenerated, the initial adsorption capacity may not be exhibited. Although this cause is not certain, it is thought that the adsorbed (SiF 3 ) 2 O is decomposed in the adsorbent pores. The SiO 2 produced by the decomposition clogs the adsorbing pores and makes it difficult to recycle the adsorbent, so that there is a problem that the adsorbent must be treated as waste. Furthermore, if the adsorbent firing before the gas flow is not sufficient, it will cause (SiF 3 ) 2 O to be generated due to a side reaction with moisture.

特開昭57−135711号公報JP-A-57-135711 特開平9−183608号公報JP-A-9-183608 特開昭60―11217号公報Japanese Patent Laid-Open No. 60-11217 特開昭57−156317号公報JP-A-57-156317

本発明はこのような背景の下になされたものであって、ヘキサフルオロケイ酸を原料として用いるテトラフルオロシランの製造方法において、従来の熱分解法や硫酸分解法で問題となっている不純物(特にヘキサフルオロジシロキサン)を効率的に減少させると共に副生HFの問題を解消して高純度テトラフルオロシランを製造する方法およびその用途を提供することを課題とする。   The present invention has been made under such a background, and in a method for producing tetrafluorosilane using hexafluorosilicic acid as a raw material, impurities (problems which are problematic in conventional pyrolysis and sulfuric acid decomposition methods) In particular, it is an object of the present invention to provide a method for producing high-purity tetrafluorosilane and its use by efficiently reducing hexafluorodisiloxane) and solving the problem of by-product HF.

本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、H2SiF6を硫酸により分解しSiF4を製造する工程1と、工程1で硫酸に溶解したHFとSiO2を反応させSiF4を生成させる工程2と、工程2で生成する(SiF32Oを含むSiF4を工程1に戻し、(SiF32OとHFを反応させSiF4と水にする工程3を含む方法によりSiF4を製造し得ること、さらに得られたSiF4を濃硫酸に接触させる工程とモレキュラーシービングカーボンに接触させる工程を行なうことにより一層純度の高いSiF4が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have made Step 1 in which H 2 SiF 6 is decomposed with sulfuric acid to produce SiF 4, and HF dissolved in sulfuric acid in Step 1 is reacted with SiO 2. and step 2 to produce SiF 4, produced in step 2 returns a (SiF 3) SiF 4 containing 2 O in step 1, the (SiF 3) 2 SiF 4 and O and HF are reacted with step 3 of the water be obtained to produce SiF 4 by a process which comprises, further found that high purity SiF 4 can be obtained by performing the step of contacting further obtained step a molecular sieving carbon is contacted with SiF 4 in concentrated sulfuric acid, The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、以下の〔1〕〜〔14〕に示されるSiF4の製造方法およびその用途に関する。
[1]ヘキサフルオロケイ酸を硫酸により分解してテトラフルオロシランを製造する方法において、
第1の反応器でヘキサフルオロケイ酸を濃硫酸中で分解しテトラフルオロシランとフッ化水素とし、生成したテトラフルオロシランを取り出す工程(工程1)、
フッ化水素を含有する工程1で得られた濃硫酸溶液の一部を第2の反応器に移して、フッ化水素と第2反応器に供給する二酸化ケイ素とを反応させヘキサフルオロジシロキサンを含むテトラフルオロシランを生成する工程(工程2)、及び
工程2で得られたヘキサフルオロジシロキサンとテトラフルオロシランを含む反応物を第1の反応器に移して反応物中のヘキサフルオロジシロキサンをフッ化水素と反応させてテトラフルオロシランに転換し、テトラフルオロシランを工程1のテトラフルオロシランと共に取り出す工程(工程3)を有することを特徴とするテトラフルオロシランの製造方法。
[2]ヘキサフルオロケイ酸水溶液と濃硫酸を第1反応器に、二酸化ケイ素を第2反応器に、各々、連続的または間欠的に供給して、第1反応器から連続的または間欠的にテトラフルオロシランを取り出す前記[1]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[3]第1反応器及び第2反応器の硫酸濃度を70質量%以上に維持する前記[1]または[2]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[4]第1反応器及び第2反応器の反応温度が60℃以上である前記[1]乃至[3]のいずれかに記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[5]第2反応器に供給する二酸化ケイ素の粒度が30μm以下である前記[1]または[2]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[6]第1反応器から取り出したテトラフルオロシランを50℃以下の濃硫酸と接触させ、テトラフルオロシランに含まれるフッ化水素を吸収除去する工程を含む前記[1]または[2]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[7]第1反応器から取り出したテトラフルオロシランを第1反応器への硫酸供給路に供給する濃硫酸と向流接触させる前記[6]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[8]第1反応器から取り出したテトラフルオロシラン中の不純物をモレキュラーシービングカーボンに接触させて除去する精製工程を含む前記[1]または[2]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[9]除去される不純物がフッ化水素、塩化水素、二酸化イオウ、硫化水素、二酸化炭素からなる群から選択される1種以上である前記[8]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[10]テトラフルオロシランの分子径より小さい細孔径のモレキュラーシービングカーボンを使用する前記[8]または[9]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[11]不活性ガス雰囲気下に焼成し、次いで高純度テトラフルオロシランを通して前処理したモレキュラーシービングカーボンを使用する前記[10]に記載のテトラフルオロシランの製造方法。
[12]前記[1]乃至[11]のいずれかに記載の製造方法により得られるテトラフルオロシランガスを含み、遷移金属、リンおよびホウ素の含有量がそれぞれ100ppb以下であることを特徴とする光ファイバー製造用ガス。
[13]前記[1]乃至[11]のいずれかに記載の製造方法により得られるテトラフルオロシランガスを含み、遷移金属、リンおよびホウ素の含有量がそれぞれ100ppb以下であることを特徴とする半導体製造用ガス。
[14]前記[1]乃至[11]のいずれかに記載の製造方法により得られるテトラフルオロシランガスを含み、遷移金属、リンおよびホウ素の含有量がそれぞれ100ppb以下であることを特徴とする太陽電池製造用ガス。
That is, the present invention relates to the following [1] preparation and use thereof SiF 4 as shown in to [14].
[1] In a method for producing tetrafluorosilane by decomposing hexafluorosilicic acid with sulfuric acid,
A step of decomposing hexafluorosilicic acid in concentrated sulfuric acid in a first reactor to form tetrafluorosilane and hydrogen fluoride and taking out the produced tetrafluorosilane (step 1);
A part of the concentrated sulfuric acid solution obtained in Step 1 containing hydrogen fluoride is transferred to the second reactor, and the hydrogen fluoride and silicon dioxide supplied to the second reactor are reacted to form hexafluorodisiloxane. A step of producing a tetrafluorosilane containing step (step 2), and a reaction product containing hexafluorodisiloxane and tetrafluorosilane obtained in step 2 is transferred to a first reactor, and hexafluorodisiloxane in the reaction product is removed. A process for producing tetrafluorosilane, comprising a step (step 3) of reacting with hydrogen fluoride to convert to tetrafluorosilane and taking out tetrafluorosilane together with tetrafluorosilane in step 1.
[2] A hexafluorosilicic acid aqueous solution and concentrated sulfuric acid are continuously and intermittently supplied to the first reactor and silicon dioxide to the second reactor, respectively, and continuously or intermittently from the first reactor. The method for producing tetrafluorosilane according to [1], wherein tetrafluorosilane is taken out.
[3] The method for producing tetrafluorosilane according to [1] or [2], wherein the sulfuric acid concentrations in the first reactor and the second reactor are maintained at 70% by mass or more.
[4] The method for producing tetrafluorosilane according to any one of [1] to [3], wherein the reaction temperature of the first reactor and the second reactor is 60 ° C. or higher.
[5] The method for producing tetrafluorosilane according to [1] or [2], wherein the silicon dioxide supplied to the second reactor has a particle size of 30 μm or less.
[6] The method according to [1] or [2], including a step of bringing tetrafluorosilane taken out from the first reactor into contact with concentrated sulfuric acid at 50 ° C. or less and absorbing and removing hydrogen fluoride contained in tetrafluorosilane. Process for producing tetrafluorosilane.
[7] The method for producing tetrafluorosilane according to [6], wherein the tetrafluorosilane taken out from the first reactor is brought into countercurrent contact with concentrated sulfuric acid supplied to the sulfuric acid supply path to the first reactor.
[8] The method for producing tetrafluorosilane according to [1] or [2], further including a purification step in which impurities in tetrafluorosilane taken out from the first reactor are removed by contacting with molecular sieve carbon.
[9] The method for producing tetrafluorosilane according to [8], wherein the impurities to be removed are one or more selected from the group consisting of hydrogen fluoride, hydrogen chloride, sulfur dioxide, hydrogen sulfide, and carbon dioxide.
[10] The method for producing tetrafluorosilane according to the above [8] or [9], wherein a molecular sieving carbon having a pore size smaller than that of tetrafluorosilane is used.
[11] The method for producing tetrafluorosilane as described in [10] above, wherein molecular sieve carbon baked in an inert gas atmosphere and then pretreated through high-purity tetrafluorosilane is used.
[12] An optical fiber production comprising the tetrafluorosilane gas obtained by the production method according to any one of [1] to [11], wherein the contents of transition metal, phosphorus and boron are each 100 ppb or less. Gas.
[13] A semiconductor production comprising a tetrafluorosilane gas obtained by the production method according to any one of [1] to [11], wherein the contents of transition metal, phosphorus and boron are each 100 ppb or less. Gas.
[14] A solar cell comprising a tetrafluorosilane gas obtained by the production method according to any one of [1] to [11], wherein the contents of transition metal, phosphorus and boron are each 100 ppb or less. Production gas.

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明のSiF4の製造方法は、第1反応器でH2SiF6を硫酸により分解し、フッ化水素とSiF4を製造する工程1と、工程1で得られたフッ化水素を含むの硫酸溶液の一部を第2反応器に導入し、硫酸に溶解したフッ化水素とSiO2を反応させSiF4を生成させる工程2と、工程2で生成する(SiF32Oを含むSiF4を第1反応器に戻し(SiF32OとH2SiF6より副生するフッ化水素を反応させSiF4とする工程3を含むSiF4の製造方法である。具体的には、図1に示すように、H2SiF6の硫酸による分解(工程1)を第1反応器において行ない、副生したHFを含む硫酸の少なくとも一部を第2反応器に移してSiO2と反応させ不純物として(SiF32Oを含むSiF4を生成し(工程2)、第2反応器で得られたSiF4を第1反応器に戻して前記不純物である(SiF32Oと反応器内に存在するHFとを反応させSiF4に転換する(工程3)ことにより高純度のSiF4として取り出し、必要に応じて適宜精製処理(精製工程)を行なう。
The present invention will be described in detail below.
The method for producing SiF 4 according to the present invention includes Step 1 in which H 2 SiF 6 is decomposed with sulfuric acid in the first reactor to produce hydrogen fluoride and SiF 4 , and the hydrogen fluoride obtained in Step 1 is included. Part of the sulfuric acid solution is introduced into the second reactor, and hydrogen fluoride dissolved in sulfuric acid reacts with SiO 2 to produce SiF 4 , and SiF containing (SiF 3 ) 2 O produced in step 2 4 is a method for producing SiF 4 , which includes step 3 in which 4 is returned to the first reactor to react SiH 4 with hydrogen fluoride by-produced from (SiF 3 ) 2 O and H 2 SiF 6 . Specifically, as shown in FIG. 1, H 2 SiF 6 is decomposed with sulfuric acid (step 1) in the first reactor, and at least a part of the sulfuric acid containing by-product HF is transferred to the second reactor. as an impurity is reacted with SiO 2 Te (SiF 3) generate SiF 4 containing 2 O (step 2), which is the impurity returning the SiF 4 obtained in the second reactor to the first reactor (SiF 3 ) 2 O and HF present in the reactor are reacted to convert to SiF 4 (step 3), which is taken out as high-purity SiF 4 and appropriately subjected to purification treatment (purification step) as necessary.

かかるプロセスを採ることにより、工程1:
2SiF6→SiF4+2HF (4)
で生成するHFの大部分は工程2:
4HF+SiO2→SiF4+2H2O (2)
及び工程3:
(SiF32O+2HF→2SiF4+H2O (5)
で消費されるため、HFは効率的に処理される。しかも、工程2による副生物(SiF32Oを工程3でSiF4に転換しているため、全プロセスとして効率的に高純度のSiF4を得ることができる。
By taking such a process, step 1:
H 2 SiF 6 → SiF 4 + 2HF (4)
Most of the HF produced in step 2 is step 2:
4HF + SiO 2 → SiF 4 + 2H 2 O (2)
And step 3:
(SiF 3 ) 2 O + 2HF → 2SiF 4 + H 2 O (5)
HF is efficiently processed. Moreover, since the by-product (SiF 3 ) 2 O in Step 2 is converted to SiF 4 in Step 3, high-purity SiF 4 can be efficiently obtained as the entire process.

以下、各工程について説明する。
工程1で使用されるH2SiF6はどのようなプロセスにより製造されたものであっても問題なく使用することができる。例えば、SiO2とHFとの反応により生成するH2SiF6やSiF4とHFが反応して生成するH2SiF6等が利用できる。例えば、燐酸製造プロセスにおいて、原料燐鉱石に含まれるSi分とF分がH2SO4によって分解するときに大量に副生物として生成するH2SiF6を安価に利用することができる。
Hereinafter, each step will be described.
H 2 SiF 6 used in step 1 can be used without any problem even if it is manufactured by any process. For example, like H 2 SiF 6 where HF and H 2 SiF 6 and SiF 4 produced by the reaction between SiO 2 and HF is produced by the reaction can be utilized. For example, in the phosphoric acid production process, H 2 SiF 6 produced as a by-product in large quantities when Si and F contained in the raw phosphate ore are decomposed by H 2 SO 4 can be used at low cost.

工程1の反応は下記の反応:
2SiF6→SiF4+2HF (4)
であり、硫酸が(脱水)分解剤として用いられる。しかし、硫酸濃度が薄い場合は、H2SiF6が硫酸中で安定に存在し分解反応が進行しないため好ましくない。そのため硫酸濃度としては、混合後の濃度が70質量%以上であることが好ましく、75質量%以上であることがさらに好ましく、80質量%以上であることが最も好ましい。反応温度が低い場合は分解反応の進行が非常に遅いため実用的でない。60℃以上で分解反応を行なうことで、効率的にSiF4を得ることができる。しかしながら、高温にすると分解反応速度は増加するが、分解した副生物であるHFや硫酸中の水分が、硫酸水溶液から揮散する割合が増加するため好ましくない。そのため反応温度は60〜120℃が好ましく、80〜100℃がさらに好ましい。
The reaction of step 1 is the following reaction:
H 2 SiF 6 → SiF 4 + 2HF (4)
And sulfuric acid is used as the (dehydration) decomposition agent. However, when the sulfuric acid concentration is low, H 2 SiF 6 is stably present in the sulfuric acid and the decomposition reaction does not proceed. Therefore, the sulfuric acid concentration is preferably 70% by mass or more after mixing, more preferably 75% by mass or more, and most preferably 80% by mass or more. When the reaction temperature is low, the decomposition reaction proceeds so slowly that it is not practical. By performing the decomposition reaction at 60 ° C. or higher, SiF 4 can be efficiently obtained. However, although the decomposition reaction rate increases when the temperature is increased, it is not preferable because HF as a decomposed by-product or moisture in sulfuric acid is volatilized from the sulfuric acid aqueous solution. Therefore, the reaction temperature is preferably 60 to 120 ° C, more preferably 80 to 100 ° C.

なお、第1反応器の形状は特に限定されず、H2SiF6の分解に必要な濃硫酸とH2SiF6との接触時間が得られるものであればよい。分解反応は非常に早く瞬時に終了するため、接触時間は0.1〜10秒程度で十分である。 The shape of the first reactor is not particularly limited, as long as the contact time between concentrated sulfuric acid and H 2 SiF 6 necessary for the breakdown of H 2 SiF 6 is obtained. Since the decomposition reaction ends very quickly and instantaneously, a contact time of about 0.1 to 10 seconds is sufficient.

工程1において硫酸中でSiF4の生成に伴い生じるHFを硫酸中に溶解した状態で、第2反応器に送液してSiO2と反応させることにより、SiF4とすることができる(工程2)。 In step 1 the HF generated along with production of SiF 4 in sulfuric acid in a state dissolved in sulfuric acid, by reacting with SiO 2 and fed to the second reactor can be a SiF 4 (Step 2 ).

4HF+SiO2→SiF4+2H2O (2)
SiO2は固体のまま反応させても構わないが、粉末状のSiO2を用いる方が溶液内で分散し、効率的な反応を行なうことができるため好ましい。また、SiO2粉末の反応器への投入は粉末のまま行なっても良いが、硫酸中に分散させたSiO2を供給する方法が、連続投入には有利である。ここで使用するSiO2の平均粒子径は細かい方が分散がうまくいくため30μm以下が好ましく、10μm以下がさらに好ましく、5μm以下が最も好ましい。
4HF + SiO 2 → SiF 4 + 2H 2 O (2)
SiO 2 may be reacted in a solid state, but it is preferable to use powdered SiO 2 because it can be dispersed in the solution and an efficient reaction can be performed. In addition, although the SiO 2 powder may be charged into the reactor as it is, the method of supplying SiO 2 dispersed in sulfuric acid is advantageous for continuous charging. The average particle diameter of SiO 2 used here is preferably 30 μm or less, more preferably 10 μm or less, and most preferably 5 μm or less, because finer dispersion results in better dispersion.

硫酸に分散させるSiO2濃度は使用する粉体の物性(粒径、密度等)によって適宜選択できるが、濃度が低すぎる場合は硫酸供給量が多くなり、また濃度が高すぎる場合はスラリーが固液分離してしまうため、供給濃度としては0.1〜30質量%が好ましい。用いるSiO2の純度は90%以上が好ましく、99%以上がさらに好ましい。 The concentration of SiO 2 dispersed in sulfuric acid can be selected as appropriate depending on the physical properties (particle size, density, etc.) of the powder used. If the concentration is too low, the amount of sulfuric acid supplied will increase. If the concentration is too high, the slurry will solidify. Since liquid separation occurs, the supply concentration is preferably 0.1 to 30% by mass. The purity of SiO 2 used is preferably 90% or more, and more preferably 99% or more.

反応温度は、60℃以上が好ましく、80〜100℃がさらに好ましい。また、加えるSiO2の量はHFに対して理論モル量(1/4倍モル)を添加すれば良いが、SiO2を理論モル比より多くまたは少なく反応させることにより、工程2で排出される硫酸(排硫酸)に含まれるHF、SiO2の濃度を制御することができる。ここで排硫酸は他の目的、例えば、燐酸の分解工程で再利用することや、制御のための分析方法を考えると、HFが僅かに過剰な条件で反応することが好ましい。 The reaction temperature is preferably 60 ° C or higher, more preferably 80 to 100 ° C. Further, the amount of SiO 2 to be added may be a theoretical molar amount (1/4 times mole) with respect to HF, but the SiO 2 is discharged in step 2 by reacting with a larger or smaller amount than the theoretical molar ratio. The concentration of HF and SiO 2 contained in sulfuric acid (waste sulfuric acid) can be controlled. Here, in view of the reuse of waste sulfuric acid for other purposes, for example, in the phosphoric acid decomposition step, and the analytical method for control, it is preferable that HF reacts under slightly excessive conditions.

ここで、SiO2の量をHFに対して、低モル比から理論モル比に近づけていくと、(SiF32Oが副生物として生成する。これは生成したSiF4とSiO2が反応するためと考えられる。
3SiF4+SiO2→2SiF3OSiF3 (3)
この(SiF32OはSiF4中に含有された場合、半導体や光ファイバー用としては悪影響を与えるため除去する必要がある。
そのため、工程2で生成した(SiF32Oを含有するSiF4を第1反応器に戻し、第1反応器の硫酸中に含まれるHFと(SiF32Oを反応させてSiF4と水にすることにより、(SiF32Oを除去することができる(工程3)。
Here, when the amount of SiO 2 is lowered from the low molar ratio to the theoretical molar ratio with respect to HF, (SiF 3 ) 2 O is generated as a byproduct. This is presumably because the produced SiF 4 and SiO 2 react.
3SiF 4 + SiO 2 → 2SiF 3 OSiF 3 (3)
When this (SiF 3 ) 2 O is contained in SiF 4 , it has an adverse effect on semiconductors and optical fibers, so it must be removed.
Therefore, SiF 4 containing (SiF 3 ) 2 O produced in step 2 is returned to the first reactor, and HF and (SiF 3 ) 2 O contained in sulfuric acid in the first reactor are reacted to form SiF 4. (SiF 3 ) 2 O can be removed by using water and water (step 3).

(SiF32O+2HF→2SiF4+H2O (5)
このときの反応条件は、工程1と同じ条件で反応を行なうことができる。(SiF32OとHFの反応は気相中でも硫酸液中でも進行する。(SiF32Oの生成割合が多いときは、(SiF32Oに対するHFの接触時間を増やすように硫酸液中に吹き込むことが好ましい。
(SiF 3 ) 2 O + 2HF → 2SiF 4 + H 2 O (5)
The reaction can be performed under the same reaction conditions as in step 1. The reaction between (SiF 3 ) 2 O and HF proceeds both in the gas phase and in the sulfuric acid solution. When the production ratio of (SiF 3 ) 2 O is large, it is preferable to blow into the sulfuric acid solution so as to increase the contact time of HF with (SiF 3 ) 2 O.

工程1〜3は、バッチ式で行なうこともできるが、連続的に行なうことが好ましい。第1反応器の気相から最終生成物であるSiF4を取り出す。
以上の説明および図1からわかるように、工程1、工程2、工程3で生成したSiF4は、HFとH2Oを含む。従って、通常、第1反応器から取り出したSiF4を精製工程で精製する。
Steps 1 to 3 can be performed batchwise, but are preferably performed continuously. The final product SiF 4 is taken out from the gas phase of the first reactor.
As can be seen from the above description and FIG. 1, SiF 4 produced in Step 1, Step 2 and Step 3 contains HF and H 2 O. Therefore, normally, SiF 4 taken out from the first reactor is purified in a purification step.

精製工程としては、第1に硫酸洗浄工程が挙げられる。硫酸洗浄により、HFとH2Oが除去される。硫酸による洗浄方法としては、容器内に濃硫酸を張り込み、そこに工程1〜3で生成したSiF4を吹き込んでも良いが、好ましくは塔中に硫酸を流通させ、硫酸流通方向とは逆の方向から、SiF4を流通させる方が効果的である。また塔には接触効率を高めるため、充填物を詰めることが好ましい。硫酸濃度は高い方が除去効率が高いため好ましい。硫酸濃度は、90質量%以上が好ましく、さらに好ましくは95質量%以上、最も好ましいのは98質量%以上である。また、吸収搭における硫酸温度は低い方が、HFや水の蒸発量が少ないため好ましいが、冷却しすぎると粘度が高くなり取り扱いが困難になる。そのため吸収搭の温度は10〜50℃の範囲で運転する事が好ましい。ここで使用する硫酸はN2バブリングを行ない、事前にCO2を脱気した硫酸を使用することにより、工程1〜3で生成したSiF4中に含有されるCO2も硫酸中に吸収し減少させることができる。 As the purification step, first, a sulfuric acid washing step is exemplified. HF and H 2 O are removed by washing with sulfuric acid. As a washing method using sulfuric acid, concentrated sulfuric acid may be put into a container and SiF 4 produced in steps 1 to 3 may be blown into the container. Preferably, sulfuric acid is circulated in the column, and the direction opposite to the sulfuric acid circulation direction is used. Therefore, it is more effective to distribute SiF 4 . The tower is preferably packed with a packing to increase the contact efficiency. A higher sulfuric acid concentration is preferable because of higher removal efficiency. The sulfuric acid concentration is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and most preferably 98% by mass or more. Moreover, although the one where the sulfuric acid temperature in an absorption tower is low is preferable since there are few amounts of evaporation of HF and water, when it cools too much, a viscosity will become high and handling will become difficult. Therefore, it is preferable to operate the absorption tower at a temperature of 10 to 50 ° C. Here sulfuric acid used is subjected to N 2 bubbling, the use of pre-was degassed CO 2 sulfate, CO 2 contained in SiF 4 produced in step 1-3 also absorbed in sulfuric acid decreases Can be made.

吸収塔を通過後もSiF4中には、塩化水素、硫化水素、二酸化硫黄、窒素、酸素、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、HFが不純物として含まれ得る。これらの不純物の中で窒素、酸素、水素、一酸化炭素などの低沸分以外の不純物はモレキュラーシービングカーボンで除去することができる。 Even after passing through the absorption tower, SiF 4 may contain hydrogen chloride, hydrogen sulfide, sulfur dioxide, nitrogen, oxygen, hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, and HF as impurities. Among these impurities, impurities other than low-boiling components such as nitrogen, oxygen, hydrogen and carbon monoxide can be removed with molecular sieve carbon.

ここで使用されるモレキュラーシービングカーボンは細孔径がSiF4の分子径よりも小さいものを用いることにより、SiF4を吸着させずに、HCl、H2S、CO2、HF等の不純物を吸着することができる。好ましく、細孔径5Å以下のもの、例えばモルシーボン4A(武田薬品工業株式会社製)を用いることができる。ここで用いるモレキュラーシービングカーボンは、水分、CO2等を除去するため、予めN2などの不活性ガスの流通下、100〜350℃の温度範囲で焼成することが好ましい。乾燥用N2は露点−70℃以下のものを使用し、焼成入口と出口の露点が同値となった時点で完了することができる。ここで焼成が終了したモレキュラーシービングカーボンは水分は完全に除去されているが、吸着剤表面に水酸基や酸化物が少量残っているため、SiF4を流通すると活性炭表面の水酸基や酸化物と反応して、(SiF32OやHFを生成する。 By using here as molecular sieving carbon used is smaller than the molecular diameter of SiF 4 pore size, suction without adsorb SiF 4, HCl, H 2 S, the impurity of CO 2, HF, etc. can do. Preferably, those having a pore diameter of 5 mm or less, such as Molseabon 4A (manufactured by Takeda Pharmaceutical Company Limited) can be used. The molecular sieving carbon used here is preferably calcined in the temperature range of 100 to 350 ° C. in advance under the flow of an inert gas such as N 2 in order to remove moisture, CO 2 and the like. The drying N 2 uses a dew point of −70 ° C. or less, and can be completed when the dew points at the firing inlet and outlet become the same value. The molecular sieve carbon that has been baked here has completely removed moisture, but a small amount of hydroxyl groups and oxides remain on the surface of the adsorbent. Therefore, when SiF 4 is circulated, it reacts with the hydroxyl groups and oxides on the activated carbon surface. Thus, (SiF 3 ) 2 O and HF are generated.

SiF4+(C−OH)+(C−H)→(SiF3)2O+2HF+(2C−F) SiF 4 + (C—OH) + (C−H) → (SiF 3 ) 2 O + 2HF + (2C−F)

このため、焼成後の吸着剤を使用する場合は、SiF4と吸着剤を接触させ、予め吸着剤表面をSiF4と反応し不純物を生成する部位とSiF4を反応させてから使用することで、副生する(SiF32OとHFの生成を抑制することができる。接触させる方法としては、SiF4を流通しながら反応させ出口の不純物(例えばSiF3OSiF3)を分析し終点を確認する方法や、蓄圧して所定時間反応させる方法等が考えられる。接触反応温度は、不純物を吸着させる温度以上であれば、反応が問題なく進み、終了後は不純物吸着を問題なく行なうことができる。また反応圧力はSiF4が液化する圧力以下で行なうことが好ましい。処理のために使用するSiF4量を削減するという観点から考えると、大気圧程度で行なうことがさらに好ましい。また、使用するSiF4の純度は特に問わないが、不純物が大量に含まれるSiF4を使用する場合は、前処理が終了する前に吸着剤が破過を迎え好ましくない場合があるため、できるだけ高純度のSiF4を使用することが好ましい。さらに前処理で生成した(SiF32OやHFを含むSiF4は反応工程3に戻し精製することが可能である。 Therefore, when using the adsorbent after firing, using the by contacting the adsorbent with SiF 4, by reacting sites and SiF 4 to produce an impurity reacts advance the adsorbent surface and SiF 4 The production of by-product (SiF 3 ) 2 O and HF can be suppressed. Examples of the contact method include a method in which SiF 4 is reacted while flowing to analyze the impurities at the outlet (for example, SiF 3 OSiF 3 ) to confirm the end point, a method in which pressure is accumulated and the reaction is performed for a predetermined time. If the contact reaction temperature is equal to or higher than the temperature at which impurities are adsorbed, the reaction proceeds without problems, and after completion, the impurities can be adsorbed without problems. The reaction pressure is preferably below the pressure at which SiF 4 liquefies. From the viewpoint of reducing the amount of SiF 4 used for the treatment, it is more preferable to carry out at about atmospheric pressure. Further, the purity of SiF 4 to be used is not particularly limited, when using SiF 4 in which impurities contained in a large amount, since the pre-treatment is sometimes undesirable welcomed adsorbent breakthrough before exiting, as much as possible It is preferable to use high-purity SiF 4 . Furthermore, SiF 4 containing (SiF 3 ) 2 O and HF produced in the pretreatment can be returned to the reaction step 3 and purified.

ここでSiF4が、モレキュラーシービングカーボンにより不純物を吸着除去した後、N2、O2、H2、CO等の低沸分を含有している場合は、蒸留等の一般的な方法で、SiF4をさらに高純度化することができる。 Here, when SiF 4 contains low-boiling components such as N 2 , O 2 , H 2 , and CO after adsorbing and removing impurities by molecular sieve carbon, a general method such as distillation can be used. SiF 4 can be further purified.

次に本発明の方法で得られる高純度のSiF4の用途について説明する。
微細化する半導体デバイスに伴ってトランジスタ集積度を上げると、高密度化あるいは個々のトランジスタのスイッチング速度を高速化できるというメリットがある。しかし配線による伝播遅延がトランジスタの速度向上メリットを相殺してしまう。線幅0.25μm以上の世代では配線遅延が大きな問題となってくる。これを解決するために低抵抗の配線としてアルミニウムに変わる銅配線の採用と配線間容量低減のために低誘電率層間絶縁膜採用が取られている。線幅0.25〜0.18または0.13μm世代で採用されている代表的な低誘電率材料にHDP(高密度)プラズマCVDによるSiOF(フッ素ドープ酸化膜 ε=3.5前後)がある。SiOFを層間絶縁膜とし配線をアルミニウム合金とするプロセス採用が進んでいる。このようなSiOF製造用のSiF4では、鉄、ニッケル、銅等の遷移金属や、リン、ホウ素等の特性を悪くする不純物の含有量が少ないことが好ましい。具体的には遷移金属、リンおよびホウ素の含有量はそれぞれ100ppb以下であることが好ましく、50ppb以下であることがさらに好ましく、特に10ppb以下であることが望ましい。かかる条件を満たす本発明の高純度SiF4はこのドープ材料として使用することができる。
Next, the use of high-purity SiF 4 obtained by the method of the present invention will be described.
Increasing the degree of transistor integration with the miniaturization of semiconductor devices has the advantage of increasing the density or increasing the switching speed of individual transistors. However, the propagation delay due to the wiring offsets the speed improvement merit of the transistor. In generations with a line width of 0.25 μm or more, wiring delay becomes a big problem. In order to solve this problem, a copper wiring instead of aluminum is adopted as a low resistance wiring, and a low dielectric constant interlayer insulating film is adopted to reduce the capacitance between wirings. A typical low dielectric constant material employed in the line width 0.25 to 0.18 or 0.13 μm generation is SiOF (fluorine-doped oxide film ε = around 3.5) by HDP (high density) plasma CVD. Adoption of a process using SiOF as an interlayer insulating film and wiring as an aluminum alloy is in progress. In such SiF 4 for producing SiOF, it is preferable that the content of impurities such as transition metals such as iron, nickel, and copper, and impurities such as phosphorus and boron is low. Specifically, the contents of transition metal, phosphorus and boron are each preferably 100 ppb or less, more preferably 50 ppb or less, and particularly preferably 10 ppb or less. The high-purity SiF 4 of the present invention that satisfies such conditions can be used as this dope material.

また、光ファイバー用ガラスはコア部とクラッド部からなるが、コア部は中心部で光を電送しやすくするためその周囲にあるクラッド部より屈折率を高くしている。屈折率を高くするためにはGe、Al、Ti等をドーパントとして添加するとよい。しかし、ドーパントにより光散乱が増加し光伝送効率が落ちる副作用がある。クラッド部にフッ素を添加すると屈折率を純石英より低くできるのでコア部に純石英もしくはドーパントを少なくした石英を使用でき光伝送効率を上げることが可能である。フッ素を添加するためにはガラス微粒子体(SiO2)にHe中のSiF4雰囲気中で加熱処理して行われる。かかるSiF4雰囲気では鉄、ニッケル、銅等の遷移金属や、リン、ホウ素等の特性を悪くする不純物の含有量が少ないことが好ましい。具体的には遷移金属、リンおよびホウ素の含有量はそれぞれ100ppb以下であることが好ましく、50ppb以下であることがさらに好ましく、特に10ppb以下であることが望ましい。かかる条件を満たす本発明の高純度SiF4は光ファイバー用ガスとして使用することができる。 The glass for optical fibers is composed of a core part and a clad part. The core part has a higher refractive index than the surrounding clad part in order to facilitate light transmission at the center part. In order to increase the refractive index, Ge, Al, Ti or the like may be added as a dopant. However, there is a side effect that light scattering increases due to the dopant and the light transmission efficiency decreases. When fluorine is added to the cladding part, the refractive index can be made lower than that of pure quartz, so that pure quartz or quartz with less dopant can be used for the core part, and the light transmission efficiency can be increased. In order to add fluorine, the glass fine particles (SiO 2 ) are heated in a SiF 4 atmosphere in He. In such a SiF 4 atmosphere, it is preferable that the content of impurities such as transition metals such as iron, nickel and copper, and impurities such as phosphorus and boron is low. Specifically, the contents of transition metal, phosphorus and boron are each preferably 100 ppb or less, more preferably 50 ppb or less, and particularly preferably 10 ppb or less. The high-purity SiF 4 of the present invention that satisfies such conditions can be used as an optical fiber gas.

シリコン型太陽電池はpin型光起電力素子からできているが、そのI型半導体層をSiF4で成膜すると、シリコン膜に微量のF原子が含有されることになる。このようにシリコン薄膜中のフッ素原子を含有させることにより、光起電力素子の表面から光が照射されると、熱とフッ素原子との相互作用により、結晶粒界近傍の原子の再配列が進むなどして構造歪みが緩和されたり、表面側から主に粒界を通って浸透してくると考えられる水分とフッ素が反応して生じる生成物が、未結合手を持つシリコン原子と結合したりし、荷電状態の変化を起こす等して、光変換効率が自己回復する。このような条件下で用いる製造ガスでは鉄、ニッケル、銅等の遷移金属や、リン、ホウ素等の特性を悪くする不純物の含有量が少ないことが好ましい。具体的には遷移金属、リンおよびホウ素の含有量はそれぞれ100ppb以下であることが好ましく、50ppb以下であることがさらに好ましく、特に10ppb以下であることが望ましい。かかる条件を満たす本発明の高純度SiF4はこのような太陽電池の製造に使用することができる。 A silicon type solar cell is made of a pin type photovoltaic element. However, when the I type semiconductor layer is formed of SiF 4 , a trace amount of F atoms is contained in the silicon film. By including fluorine atoms in the silicon thin film in this way, when light is irradiated from the surface of the photovoltaic element, the rearrangement of atoms in the vicinity of the crystal grain boundary proceeds due to the interaction between heat and fluorine atoms. For example, the structural distortion is relieved, or the product produced by the reaction of moisture and fluorine, which is thought to penetrate mainly through the grain boundary from the surface side, binds to silicon atoms with dangling bonds. However, the light conversion efficiency is self-recovered by causing a change in the charged state. In the production gas used under such conditions, it is preferable that the content of impurities such as transition metals such as iron, nickel and copper, and phosphorus, boron and the like deteriorate the characteristics. Specifically, the contents of transition metal, phosphorus and boron are each preferably 100 ppb or less, more preferably 50 ppb or less, and particularly preferably 10 ppb or less. The high-purity SiF 4 of the present invention that satisfies such conditions can be used for the production of such a solar cell.

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

図2を参照して、本発明で用いる製造システムの概要について説明する。
図2において1及び3はそれぞれ硫酸タンク、H2SiF6タンクである。これらの硫酸及びH2SiF6は、それぞれ定量送液ポンプ(2,4)により第1反応器(7)に供給される。連続運転時においては、硫酸は生成ガスを洗浄する硫酸洗浄塔(5)を介して系内に入ることにより生成ガスの精製手段としても機能する。第1反応器(7)はオイルバス等の加熱手段(8)により所定温度に維持される。第1反応器内(7)に供給された各溶液は撹拌モーター(6)により均一に混合される。
The outline of the manufacturing system used in the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, 1 and 3 are a sulfuric acid tank and an H 2 SiF 6 tank, respectively. These sulfuric acid and H 2 SiF 6 are respectively supplied to the first reactor (7) by a fixed liquid feeding pump (2, 4). During continuous operation, sulfuric acid also functions as a means for purifying the product gas by entering the system through a sulfuric acid washing tower (5) for washing the product gas. The first reactor (7) is maintained at a predetermined temperature by heating means (8) such as an oil bath. Each solution supplied into the first reactor (7) is uniformly mixed by a stirring motor (6).

第1反応器内で、H2SiF6はSiF4とHFとに分解される(工程1)。SiF4ガスは大部分が気相に現われるので、これを連続的に供給する硫酸洗浄塔(5)を通して取り出す。第1反応器(7)中の気相は、サンプリングバルブ(11)から抜き出して分析することができ、硫酸洗浄塔(5)を通ったSiF4ガスはサンプリングバルブ(23)から抜き出して分析することが可能である。 In the first reactor, H 2 SiF 6 is decomposed into SiF 4 and HF (step 1). Since most of the SiF 4 gas appears in the gas phase, it is taken out through a sulfuric acid washing tower (5) that continuously supplies it. The gas phase in the first reactor (7) can be extracted and analyzed from the sampling valve (11), and the SiF 4 gas passing through the sulfuric acid washing tower (5) is extracted from the sampling valve (23) and analyzed. It is possible.

硫酸に分散させたSiO2をタンク(15)からバルブ(16)を介して第2反応器(17)に供給する。また、第1反応器(7)内の溶液が所定のレベルに達した時点で、第1反応器(7)の硫酸溶液(副生したHFを多量に含む。)をストップバルブ(12)により第2反応器(17)内に供給する。なお、第2反応器(17)はオイルバス等の加熱手段(18)により所定温度に維持する。また、第2反応器内(17)に供給された各溶液は撹拌モーター(14)により均一に混合する。 SiO 2 dispersed in sulfuric acid is supplied from the tank (15) to the second reactor (17) through the valve (16). Further, when the solution in the first reactor (7) reaches a predetermined level, the sulfuric acid solution (containing a large amount of by-produced HF) in the first reactor (7) is supplied by the stop valve (12). Feed into the second reactor (17). The second reactor (17) is maintained at a predetermined temperature by a heating means (18) such as an oil bath. Each solution supplied into the second reactor (17) is uniformly mixed by the stirring motor (14).

第2反応器(17)内で、工程1で生成したHFとSiO2を反応させ、不純物として(SiF32Oを含むSiF4とH2Oを生成させる(工程2)。SiF4ガスは大部分が気相に現われるので、サンプリングバルブ(10)から抜き出して分析することができ、ストップバルブ(9)を開けることによりこれを第1反応器(7)中に導入し、不純物である(SiF32Oと工程1で副生したHFとを反応させSiF4とする(工程3)。なお、第2反応器(17)内の硫酸濃度は硫酸タンク(20)からの追加供給により調整可能である。追加供給は任意の送液手段、例えば、定量送液ポンプ(19)によって行なうことができる。また、第2反応器内の硫酸は、バルブ(21)を介して排硫酸タンク(22)に取り出すことができる。従って、系内の液レベルは任意に調整可能である。 In the second reactor (17), HF and SiO 2 produced in step 1 are reacted to produce SiF 4 and H 2 O containing (SiF 3 ) 2 O as impurities (step 2). Since most of the SiF 4 gas appears in the gas phase, it can be extracted from the sampling valve (10) and analyzed, and this is introduced into the first reactor (7) by opening the stop valve (9), Impurity (SiF 3 ) 2 O and HF produced as a by-product in step 1 are reacted to form SiF 4 (step 3). The sulfuric acid concentration in the second reactor (17) can be adjusted by additional supply from the sulfuric acid tank (20). The additional supply can be performed by any liquid feeding means, for example, a metered liquid feeding pump (19). Further, the sulfuric acid in the second reactor can be taken out into the waste sulfuric acid tank (22) via the valve (21). Therefore, the liquid level in the system can be arbitrarily adjusted.

第1反応器の工程1で生成したSiF4ガスおよび第2反応器の工程2で生成し第1反応器の工程3で精製されたSiF4ガスの混合物は、各反応器の反応が定常状態になった後、ストップバルブ(24)を開くことにより、予め加熱手段(31)による焼成処理をした吸着剤(30)中に導入し吸着精製を行なう。焼成は通常、N2源から流量計(25)及びバルブ(27)を介してN2ガスを導入しつつ行なうが、さらにその後に高純度SiF4源から流量計(26)及びバルブ(28)を介してSiF4ガスを導入処理してもよい。吸着筒(29)の精製出口ガスはサンプリングバルブ(32)により分析できる。精製ガスはストップバルブ(33)を介して系外に取り出す。 Mixture of the generated SiF 4 gas and SiF 4 gas is purified second generated by the reactor of step 2 in the first reactor of step 3 in step 1 of the first reactor, the reaction is steady state for each reactor Then, by opening the stop valve (24), it is introduced into the adsorbent (30) previously fired by the heating means (31) and subjected to adsorption purification. Firing is usually performed while N 2 gas is introduced from the N 2 source through the flow meter (25) and the valve (27), and then the flow meter (26) and valve (28) from the high-purity SiF 4 source. SiF 4 gas may be introduced through the gas. The purification outlet gas of the adsorption cylinder (29) can be analyzed by the sampling valve (32). The purified gas is taken out of the system through a stop valve (33).

以上の操作に基づき行なった実験操作の具体的結果を以下に示す。なお、以下の実施例では、システムの各要素の寸法に言及しているがこれらは任意のスケールで実施することが可能であり、また、反応装置等は反応条件に耐えるものであって反応の障害にならない限り任意の材質で構成できる。   Specific results of the experimental operation performed based on the above operation are shown below. In the following examples, the dimensions of each element of the system are referred to. However, these can be carried out at any scale, and the reactor and the like can withstand the reaction conditions and can react. Any material can be used as long as it does not become an obstacle.

実施例1〜8
第一反応器7(円筒型ポリテトラフルオロエチレン製反応器、φ100×260L、約2L)に予め規定濃度を調整した硫酸溶液を500ml仕込んだ。表1に示す条件となるように、硫酸溶液を温度まで加熱昇温し、硫酸溶液の濃度が一定となるように、20%H2SiF6水溶液と98%H2SO4を加えた。反応液量が一定になるようにバルブ(12)から硫酸を抜いた。反応が定常状態になってからバルブ(11)より抜き出した生成ガスの分析をFT−IRで行ない、バルブ(13)より抜き出した硫酸溶液の分析をイオンクロマトグラフィーで行なった。結果を表1に示す。
Examples 1-8
A first reactor 7 (cylindrical polytetrafluoroethylene reactor, φ100 × 260 L, approximately 2 L) was charged with 500 ml of a sulfuric acid solution having a predetermined concentration adjusted in advance. To satisfy the conditions shown in Table 1, the sulfuric acid solution was heated to a temperature, and 20% H 2 SiF 6 aqueous solution and 98% H 2 SO 4 were added so that the concentration of the sulfuric acid solution was constant. Sulfuric acid was removed from the valve (12) so that the amount of the reaction solution was constant. The product gas extracted from the valve (11) after the reaction reached a steady state was analyzed by FT-IR, and the sulfuric acid solution extracted from the valve (13) was analyzed by ion chromatography. The results are shown in Table 1.

Figure 0004588396
Figure 0004588396

実施例7〜10
実施例1または4のH2SO4溶液を、バルブ(12)を通じて第2反応器(17)(φ100×260L、約2L)に定量的に供給した。供給されたH2SO4中のHF量に対して、SiO2をH2SO4に分散させた液を、窒素で加圧を行ない流量調節バルブ(16)で一定流量でコントロールしながら供給した。反応液温度はオイルバスで制御しながら行ない、反応液量が一定となるようにバルブ(21)から硫酸を定量的に抜き出した。反応が定常状態になってから、バルブ(10)から抜き出した生成ガスの分析をFT−IRで行なった。結果を表2に示す。
Examples 7-10
The H 2 SO 4 solution of Example 1 or 4 was quantitatively supplied to the second reactor (17) (φ100 × 260 L, about 2 L) through the valve (12). Against HF content in H 2 SO 4 that supplied, a solution prepared by dispersing SiO 2 in H 2 SO 4, was fed while controlling a constant flow rate with flow control valve performs pressurization with nitrogen (16) . The reaction solution temperature was controlled while controlling with an oil bath, and sulfuric acid was quantitatively extracted from the valve (21) so that the reaction solution amount was constant. After the reaction reached a steady state, the product gas extracted from the valve (10) was analyzed by FT-IR. The results are shown in Table 2.

Figure 0004588396
Figure 0004588396

実施例11、12
実施例9より得られたSiF4ガスをバルブ(9)より、実施例4と同様の条件で反応を継続している第1反応器(7)に供給した。バルブ(11)から抜き出した生成ガスの分析をFT−IRで行なった。また、生成ガスを硫酸洗浄塔(5)を通じた後、バルブ(23)より抜き出したガスをFT−IRで分析を行なった。硫酸洗浄塔(5)は50cmの1/2インチのポリテトラフルオロエチレン製管にポリテトラフルオロエチレンの充填物(120ml)を入れた物を使用した。結果を表3に示す。
Examples 11 and 12
The SiF 4 gas obtained from Example 9 was supplied from the valve (9) to the first reactor (7) where the reaction was continued under the same conditions as in Example 4. The product gas extracted from the valve (11) was analyzed by FT-IR. Further, after the product gas passed through the sulfuric acid washing tower (5), the gas extracted from the valve (23) was analyzed by FT-IR. The sulfuric acid washing tower (5) used was a 50 cm ½ inch polytetrafluoroethylene tube filled with a polytetrafluoroethylene packing (120 ml). The results are shown in Table 3.

Figure 0004588396
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実施例13、14
実施例12のガスを吸着塔(29)に流通させ、N2のみで焼成した場合とN2に引き続いてSiF4で前処理を行なった場合を比較した。
吸着筒は3/4インチSUS管を使用し、吸着剤としてモルシーボン4A(武田薬品工業製)を100ml充填した。焼成はN2を400ml/minで流通しながら300℃に加熱して出口露点が−70℃以下になるまで行なった。室温まで冷却し、実施例12と同様のガスを流通し、出口ガスを分析した。
Examples 13 and 14
The case where the gas of Example 12 was passed through the adsorption tower (29) and calcined with N 2 alone was compared with the case where N 2 was followed by pretreatment with SiF 4 .
The adsorption cylinder used was a 3/4 inch SUS tube, and 100 ml of Molseabon 4A (manufactured by Takeda Pharmaceutical Co., Ltd.) was filled as an adsorbent. Baking was performed until the outlet dew point was −70 ° C. or lower by heating to 300 ° C. while N 2 was distributed at 400 ml / min. It cooled to room temperature, distribute | circulated the gas similar to Example 12, and analyzed the exit gas.

また焼成後の吸着剤を高純度SiF4により処理を行なう場合は、吸着剤に室温でSiF4を100ml/minで流通し、出口ガスを継続的にFT−IRにより分析を行なった。出口ガスにヘキサフルオロジシロキサンが検出されなくなるまで前処理を行なってから、実施例12と同様のガスを流通し、出口ガスを分析した。結果を表4および表5に示す。 Also when processing the adsorbent after firing the high purity SiF 4 is a SiF 4 at room temperature adsorbent distributed in 100 ml / min, was performed continuously analyzed by FT-IR the outlet gas. Pretreatment was performed until no hexafluorodisiloxane was detected in the outlet gas, and then the same gas as in Example 12 was circulated to analyze the outlet gas. The results are shown in Tables 4 and 5.

Figure 0004588396
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Figure 0004588396
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以上の結果に示されるように、FT−IRで検出不可能なレベルまで不純物濃度を低減したSiF4ガスを連続的に生産することができた。 As shown in the above results, it was possible to continuously produce SiF 4 gas with the impurity concentration reduced to a level undetectable by FT-IR.

以上説明したように、本発明によれば、FT−IRで検出不可能なレベルまで不純物濃度を低減したSiF4ガスを連続的に生産することができる。このため、電子部品製造産業等が要求する高純度SiF4を提供することが可能となった。また、従来法で副生物として排出されていたHFがSiF4として利用されるため、原料の利用効率が高く、有害な排出物が抑制される。 As described above, according to the present invention, it is possible to continuously produce SiF 4 gas having an impurity concentration reduced to a level that cannot be detected by FT-IR. For this reason, it has become possible to provide high-purity SiF 4 required by the electronic component manufacturing industry and the like. Moreover, since HF discharged as a by-product in the conventional method is used as SiF 4 , the utilization efficiency of raw materials is high, and harmful emissions are suppressed.

本発明の反応スキームの概略を示す。An outline of the reaction scheme of the present invention is shown. 本発明で使用し得る反応システムの概略を示す。1 schematically shows a reaction system that can be used in the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、20 硫酸タンク
2、4、19 定量送液ポンプ
3 H2SiF6タンク
5 硫酸洗浄塔
6、14 撹拌モーター
7 第1反応器
8、18、31 加熱手段
9、12、24、33 ストップバルブ
10、11、13、23、32 サンプリングバルブ
15 SiO2を分散させた硫酸タンク
17 第2反応器
16、21、27、28 バルブ
22 排硫酸タンク
25、26 流量計
29 吸着筒
30 吸着剤
1, 20 Sulfuric acid tanks 2, 4, 19 Metering pump 3 H 2 SiF 6 tank 5 Sulfuric acid washing towers 6, 14 Stirring motor 7 First reactors 8, 18, 31 Heating means 9, 12, 24, 33 Stop valve 10, 11, 13, 23, 32 Sampling valve 15 Sulfuric acid tank 17 in which SiO 2 is dispersed Second reactor 16, 21, 27, 28 Valve 22 Waste sulfuric acid tank 25, 26 Flow meter 29 Adsorption cylinder 30 Adsorbent

Claims (11)

ヘキサフルオロケイ酸を硫酸により分解してテトラフルオロシランを製造する方法において、
第1の反応器でヘキサフルオロケイ酸を硫酸中で分解しテトラフルオロシランとフッ化水素とし、生成したテトラフルオロシランを取り出す工程(工程1)、
フッ化水素を含有する工程1で得られた硫酸溶液の一部を第2の反応器に移して、フッ化水素と第2反応器に供給する二酸化ケイ素とを反応させヘキサフルオロジシロキサンを含むテトラフルオロシランを生成する工程(工程2)、及び
工程2で得られたヘキサフルオロジシロキサンとテトラフルオロシランを含む反応物を第1の反応器に移して反応物中のヘキサフルオロジシロキサンをフッ化水素と反応させてテトラフルオロシランに転換し、テトラフルオロシランを工程1のテトラフルオロシランと共に取り出す工程(工程3)を有することを特徴とするテトラフルオロシランの製造方法。
In a method for producing tetrafluorosilane by decomposing hexafluorosilicic acid with sulfuric acid,
A step (step 1) of decomposing hexafluorosilicic acid in sulfuric acid in a first reactor to form tetrafluorosilane and hydrogen fluoride and taking out the produced tetrafluorosilane;
Part of the sulfuric acid solution obtained in Step 1 containing hydrogen fluoride is transferred to the second reactor, and the hydrogen fluoride and silicon dioxide supplied to the second reactor are reacted to contain hexafluorodisiloxane. The step of producing tetrafluorosilane (Step 2), and the reaction product containing hexafluorodisiloxane and tetrafluorosilane obtained in Step 2 are transferred to the first reactor, and the hexafluorodisiloxane in the reaction product is fluorinated. A process for producing tetrafluorosilane, comprising a step (step 3) of reacting with hydrogen fluoride to convert to tetrafluorosilane and taking out tetrafluorosilane together with tetrafluorosilane in step 1.
ヘキサフルオロケイ酸水溶液と硫酸を第1反応器に、二酸化ケイ素を第2反応器に、各々、連続的または間欠的に供給して、第1反応器から連続的または間欠的にテトラフルオロシランを取り出す請求項1に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   Aqueous hexafluorosilicic acid and sulfuric acid were fed to the first reactor and silicon dioxide was fed to the second reactor continuously or intermittently, respectively, and tetrafluorosilane was continuously or intermittently fed from the first reactor. The manufacturing method of the tetrafluorosilane of Claim 1 taken out. 第1反応器及び第2反応器の硫酸濃度を70質量%以上に維持する請求項1または2に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The manufacturing method of the tetrafluorosilane of Claim 1 or 2 which maintains the sulfuric acid concentration of a 1st reactor and a 2nd reactor at 70 mass% or more. 第1反応器及び第2反応器の反応温度が60℃以上である請求項1乃至3のいずれかに記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to any one of claims 1 to 3, wherein the reaction temperature of the first reactor and the second reactor is 60 ° C or higher. 第2反応器に供給する二酸化ケイ素の平均粒子径が30μm以下である請求項1または2に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to claim 1 or 2, wherein an average particle diameter of silicon dioxide supplied to the second reactor is 30 µm or less. 第1反応器から取り出したテトラフルオロシランを50℃以下の硫酸と接触させ、テトラフルオロシランに含まれるフッ化水素を吸収除去する工程を含む請求項1または2に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to claim 1, comprising a step of bringing tetrafluorosilane taken out from the first reactor into contact with sulfuric acid at 50 ° C. or less and absorbing and removing hydrogen fluoride contained in tetrafluorosilane. . 第1反応器から取り出したテトラフルオロシランを第1反応器への硫酸供給路に供給する硫酸と向流接触させる請求項6に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to claim 6, wherein the tetrafluorosilane taken out from the first reactor is brought into countercurrent contact with sulfuric acid supplied to the sulfuric acid supply path to the first reactor. 第1反応器から取り出したテトラフルオロシラン中の不純物をモレキュラーシービングカーボンに接触させて除去する精製工程を含む請求項1または2に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The manufacturing method of the tetrafluorosilane of Claim 1 or 2 including the refinement | purification process which contacts the molecular sieving carbon and removes the impurity in the tetrafluorosilane taken out from the 1st reactor. 除去される不純物がフッ化水素、塩化水素、二酸化イオウ、硫化水素、二酸化炭素からなる群から選択される1種以上である請求項8に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to claim 8, wherein the impurities to be removed are at least one selected from the group consisting of hydrogen fluoride, hydrogen chloride, sulfur dioxide, hydrogen sulfide, and carbon dioxide. テトラフルオロシランの分子径より小さい細孔径のモレキュラーシービングカーボンを使用する請求項8または9に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to claim 8 or 9, wherein molecular sieve carbon having a pore size smaller than that of tetrafluorosilane is used. 不活性ガス雰囲気下に焼成し、次いで高純度テトラフルオロシランを通して前処理したモレキュラーシービングカーボンを使用する請求項10に記載のテトラフルオロシランの製造方法。   The method for producing tetrafluorosilane according to claim 10, wherein molecular sieve carbon baked in an inert gas atmosphere and then pretreated through high-purity tetrafluorosilane is used.
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