JPS604127B2 - 四弗化珪素ガスの精製法 - Google Patents

四弗化珪素ガスの精製法

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JPS604127B2
JPS604127B2 JP56122457A JP12245781A JPS604127B2 JP S604127 B2 JPS604127 B2 JP S604127B2 JP 56122457 A JP56122457 A JP 56122457A JP 12245781 A JP12245781 A JP 12245781A JP S604127 B2 JPS604127 B2 JP S604127B2
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JP
Japan
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gas
sif4
acid
oxygen
absorption peak
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直道 木次
輝雄 藤永
豊三 大塚
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Central Glass Co Ltd
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Central Glass Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/08Compounds containing halogen
    • C01B33/107Halogenated silanes
    • C01B33/10778Purification

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子材料や太陽電池素子等として期待される
アモルファス・シリコン半導体の製造原料に通した高純
度四弗化珪素(以下SiF4と記す)ガスの精製法に関
する。
一般に、SiF4ガスは水と反応し下記‘1}式のよう
に珪弗化水素酸と珪酸ゲルになることが知られているが
、空気中の湿分や、金属表面又は硝子表面等に吸着され
ている程度の極微量の水分、又はゼオラィトやカオリン
等の含水粘土鉱物固体等と接触した場合にはその結合水
分と反応し下記【2}式のようにへキサフロロジシロキ
サン〔(SiF3)20〕が生成することも知られてい
る。
$iF4十2日20→2日2SiF6十Si02
m災iF4十日20一(SiF3)20十2H
F ■その他に含酸素珪素弗化物として、ト
リフロロシラノール(SiF30H)の存在もSiF4
の質量分析の結果から認められている。
従って、通常、珪砂、珪酸ゲル又は珪酸塩類と、弗化水
素又は弗化水素酸の反応で得られるSjF4ガス中には
、これらの含酸素珪素※化物が不純物として混入する場
合が極めて多い。
これらの含酸素珪素弗化物は、Si−○又はSi−0−
Si結合を有していて、例えばグロー放電等によるアモ
ルファス・シリコン製造時にSi−○−Si結合がSi
−Si網状構造の中に一部取り込まれる要因となり易く
、この結果得られるアモルファス・シリコンの半導体物
性等に関して悪影響を及ぼすものである。
本発明者等は、より高純度のSiF4ガスの製造法につ
いて鋭意検討を重ねた結果、SiF4中に存在するこれ
ら舎酸素珪素※化物を極めて効果的にほぼ完全にSiF
4に転化する方法を見出したものである。
すなわち本発明は、含酸素珪素弗化物を含むSiF4ガ
スを、水と親和性の強い媒体の存在下で弗化水素と反応
させることを特徴とするSiF4ガスの精製法に関する
ものである。
本発明の骨子は、前記‘2)式の逆反応である下記【3
}式のように含酸素珪素弗化物と発化水素の反応におい
て前記■式の反応の生成を抑えることにより、含酸素珪
素弗化物を悉くSiF4に転化させることにある。
(SiF3)20十がFころiF4十QO ■
この‘3’式の反応において、明らかに含酸素珪素弗化
物は発化水素と反応してSiF4と比○を生成するが、
同時に逆反応も進行し、或る平衡状態を雑持するもので
ある。
従って、この【3}式の反応を一方的に右に進めるには
、反応で生成した水を反応系から除去する必要がある。
すなわち、含酸素蓬素弗化物と弗化水素を反応させると
同時に、生成した水を、水と親和性の強い媒体に吸収さ
せ、気相の水の分圧を極力低下させ逆反応の進行を防ぐ
ことにより本発明の目的が達成される。この水と親和性
の強い媒体としては、例えば硫酸、リン酸等の無機酸の
他に、グリセリン、エチレングリコール等の有機溶媒が
挙げられる。
有機溶媒を用いる場合にも、精製効果は充分認められる
が、本発明は気相の水の分圧を極力低下させるため比較
的低温での使用が好ましいので、有機溶媒にあってはか
なり高粘度となってSiF4とEFとの接触が充分に行
えない場合もあり、従って高度の精製を要する場合には
無機酸の方がより好ましい。また無機酸のうちでは、い
わゆる揮発性のものは好ましくなく、取扱い、価格等の
面から硫酸、リン酸が最も好ましいものである。本発明
においては、含酸素珪素弗化物の弗化と水の脱離が同時
に行われる必要があり、具体的な手段としては媒体中に
予め弗化水素を溶解させた形で実施するか、又はその状
態が現出される条件、例えば原料SiF4ガスとHFを
同時に水と親和性の強い媒体中に吹込む、あるいは向流
的に接触させる等で実施する。
本発明を更に具体的に説明するために、媒体として硫酸
を用いた場合について次に示す。
含酸素珪素弗化物として(SiF3)20を含むSiF
4の赤外吸収スペクトルにおいて(SjF3)20のS
iF3の伸縮振動に由来する839柳‐1の吸収ピーク
とSiF4のSi−Fの伸縮振動に由来する2057仇
‐1の吸収ピークの対数比が0.121であるSjF4
ガスを原料とし、H2S04濃度を種々変えた硫酸を媒
体とし、この硫酸中に無水弗酸を夫々一定量溶解させた
混酸を作成した。
この混酸をガス洗浄瓶形の反応器3本に夫々130タづ
つ仕込み、シリーズに連結し、室温で上記SiF4ガス
を約4〆′Hrの流量で1時間流し該濠酸と接触させ、
三段目の出口ガスの赤外吸収スペクトルを測定した。こ
の結果を表−1に示した。表−1 また、表−2に反応温度0℃における同様の結果を示し
た。
表−2 上記の結果、日2S04濃度は70%以上好ましくは8
0%以上が望ましいことが判明し、日2S04濃度が7
0%以下であるとSiF4の溶解度が著しく上昇するこ
とからも操作上必ずしも有利とは言えない。
一方、HFの使用量は、原料SiF4中の含酸素珪素弗
化物の存在量によって変化し得ると予想されるが、該含
酸素珪素弗化物に対して少なくとも当量以上であれば充
分であり、必要以上にHF濃度が大きくなれば必然的に
HF分圧が大となりSiF4と同伴して多量のHFが反
応器より流出するため、SiF4とHFの分離のための
負荷が大となる。そこで、前述のように媒体を硫酸とし
、日2S04濃度96%においてHFの添加量を変えH
F濃度を変化させた場合について前述と同様の検討を行
った。この結果を表−3に示した。表−3 この結果、HF濃度は、通常、0.15%以上1%以下
であれば充分であり、反応温度も特に限定されるもので
はなく、HFの分圧、気相での水の分圧を低く抑える意
味から低温の方が好ましく、反応性の面からはやや温度
が高い方が優利とは言えるものの、室温程度の低温にお
いても充分反応し得ることから、全体的な精製効果から
は室温又はそれ以下の温度での反応が好ましいと言える
なお、極端に含酸素珪素弗化物の多いSiF4ガスを処
理する場合には、その含有量に応じてHF濃度を高くす
ればよく、また長時間連続的に精製を行う場合には、H
F濃度が減少してくるためHFを補充する必要があるこ
とは言うまでもない。以下に、本発明の実施例を挙げる
。実施例 1 low助長の気体セルを用いて赤外吸収スペクトルを測
定し(以下、実施例においては、この条件にて測定した
)、(SiF3)20のSiF3の伸縮振動に由来する
839肌‐1の吸収ピークと、SjF4のSi−Fの伸
縮振動に由来する2057肋‐1の吸収ピークとの対数
比が0.236である(SiF3)20を含むSiF4
ガスを、硫酸を媒体とし、これに無水弗酸を吸収させ日
2S0496%、HFO.48%、日203.52%か
ら成る混酸を調製し、テフロン製ガス洗浄瓶3本に該混
酸を各130タづつ添加し、夫々シリーズに連結し、1
0℃に冷却したものに、4夕/Hrの流量で通過させた
1時間後の各洗浄瓶毎の出口ガスの赤外吸収スペクトル
を測定し、839肌‐1と2057肌‐1の吸収ピーク
対数比を求めた結果、1段目出口ガスではピーク比0.
086であり、2段目出口ガスでは0.031、3段目
出口ガスでは0.006であった。
実施例 2赤外吸収スペクトルにおいて(SiF3)2
0のSiF3の伸縮振動に由来する839肌‐1の吸収
ピークとSiF4のSi−Fの伸縮振動に由来する20
57地‐1の吸収ピークとの対数比が0.236である
(SiF3)20を含むSiF4ガスを、硫酸を媒体と
し、これに無水弗酸を吸収させ日2S0496%、HF
O.48%、比03.52%から成る混酸を調整し、テ
フロン製ガス洗浄瓶3本に該濠酸130夕を夫々添加し
、夫々シリーズに連結したものに、室温(20℃)で4
そ′Hrの流量で通過させた。
1時間後の各洗浄瓶毎の出口ガスの赤外吸収スペクトル
を測定し、839仇‐1と2057肌‐1の吸収ピーク
対数比を求めた結果、1段目出口ガスではピーク対数比
0.059であり、2段目以降では839肌‐1に吸収
ピークを全く認めないピーク比0のSiF4ガスを得た
従って、実施例1に比べ、若干温度の高い本実施例の方
が精製効果が高いことが判る。
実施例 3 SiF4ガスの赤外吸収スペクトルにおいて839肌‐
1と2057伽‐1の吸収ピーク対数比が0.357で
ある(SiF3)20を含むSiF4ガス4〆/Hrと
HF50の‘/Hrを同時にP20569.5%のリン
酸中に導入した。
リン酸の温度は室温であり、ガスは充分分散するように
小気泡とし、且つ2段接触させた。リン酸格を出たガス
の赤外吸収スペクトルを測定した結果、839肌‐1の
吸収スペクトルは痕跡程度であり、(SiF3)20は
殆んど完全にSiF4へ転化した。実施例 4SiF4
ガスの赤外吸収スペクトルにおいて839弧‐1と20
57弧‐1の吸収ピーク対数比が6.28である(Si
F3)20を含むSiF4ガスを、硫酸を媒体とし、こ
れに無水弗酸を吸収させ日よ0496%、HF2.4%
、日201.6%からなる涙酸を調整し、実施例2と同
様にして精製した。
この結果、839弧‐1と2057弧‐1の吸収ピーク
対数比は1段目出口では0.07ふ 2段目出口では0
.006、3段目出口では839肌‐1に吸収ピークを
全く認めなかった。実施例 5媒体としてP20569
.5%、及びP20559.3%のリン酸中にHFを夫
々1.3%、0.8%含む濠酸を調製した。
この混酸をガス洗浄瓶形の反応器3本に夫々130タづ
つ仕込み、シリーズに連結し、0℃及び室温(18つ0
)において、SiF4ガスの赤外吸収スペクトルの83
93‐1と2057肌‐1の吸収ピーク対数比が0.1
33である(SiF3)20を含むSiF4ガスを接触
させたところ、表−4で示す結果が得られ、リン酸を用
いる場合にも硫酸同様の効果が認められた。表−4実施
例 6 グリセリン10の重量部に対し無水弗酸1.5重量部を
混合した媒体をテフロン製ガス洗浄瓶3本に夫々170
タづつ添加したものをシリーズに連結し、媒体の粘性を
下げるべく50ooの陣温槽中に保持した状態で、Sj
F4ガスの赤外吸収スペクトルの839弧‐1と205
7弧‐1の吸収ピーク対数比が0.133である(Si
F3)20を含むSiF4ガスを4そ/Hrの流量で1
時間通過させ三段目の出口ガスの赤外吸収スペクトルを
測定した結果、839弧‐1と2057肌‐1の吸収ピ
ーク対数比は0.077であり、精製の効果が認められ
た。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 含酸素珪素弗化物を含む四弗化珪素ガスを、水と親
    和性の強い媒体の存在下で弗化水素と反応させることを
    特徴とする四弗化珪素ガスの精製法。
JP56122457A 1981-08-06 1981-08-06 四弗化珪素ガスの精製法 Expired JPS604127B2 (ja)

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