TWI634939B - 處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，其包括將六氯矽乙烷或其水解產物引入一硫酸水溶液進行反應；藉此，本方法可避免產生撞擊敏感粉末（shock sensitive powder），並可解決處理過程中因撞擊或火焰而點燃並爆炸之問題。

Description

處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法

本發明係有關於一種處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，尤其係指利用硫酸（sulfuric acid）與六氯矽乙烷蒸氣、液體或其水解產物進行反應之方法，可避免產生撞擊敏感粉末（shock sensitive powder）。

六氯矽乙烷（或稱六氯乙矽烷，Hexachlorodisilane）是一種透明澄清液體，在具有水分或潮濕的空氣中會水解，此水解產物為撞擊敏感產物，因此容易因為撞擊或火焰而點燃並產生爆炸反應。六氯矽乙烷可藉由化學氣相沉積（Chemical vapor deposition）過程廣泛地應用於製備先進的半導體器件，在此過程中需將剩餘的六氯矽乙烷蒸汽進行處理。在六氯矽乙烷合成和純化過程中，也需要將含有六氯矽乙烷的廢氣進行適當的處理。由於六氯矽乙烷液體意外地流出或洩漏時，會在潮濕空氣中水解，因此需要將六氯矽乙烷水解產物進行處理。

美國專利公告第US 7,976,807 B2號「六氯化二矽氣體除害方法及裝置（Method for detoxifying HCD gas and apparatus therefor） 」，即揭示一種含六氯化二矽氣體的處理方法，其包括：將含有六氯化二矽的廢氣在排除水分的情況下，置於一複合裝置中進行氧化；雖然此方法對於除害六氯化二矽氣體有效，但需要在結構複雜的複合裝置中進行，且須精確地控制氧化氣體中的水分。

美國專利公告第US 9,504,959 B2號「處理含有六氯乙矽烷的蒸氣的方法（Process for disposal of hexachlorodisilane-containing vapors ）」，其揭示將含有六氯乙矽烷的蒸氣在非極性溶劑中與尿素（urea）和醇類（alcohol）進行反應，而不會產生發火性成分（pyrophoric compositions）；雖然此方法對於除害六氯乙矽烷氣體有效，但該溶劑具可燃性（flammable），並且可能與水產生反應，一旦與水接觸仍可能產生撞擊敏感（shock sensitive）物質。

今，發明人即是鑑於上述現有處理六氯矽乙烷方法於實際實施使用時仍具有多處缺失，於是藉由其豐富專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，其係利用硫酸（sulfuric acid）與六氯矽乙烷蒸氣、液體或其水解產物進行反應，可避免產生撞擊敏感粉末（shock sensitive powder），並解決處理過程中因撞擊或火焰而點燃並爆炸之問題。

為了達到上述實施目的，本發明一種處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，其包括將六氯矽乙烷或其水解產物引入一硫酸水溶液（濃度可為1wt%至98wt%，較佳為20wt%至90wt%）進行反應；所述六氯矽乙烷為純六氯矽乙烷液體、純六氯矽乙烷蒸氣、或稀釋六氯矽乙烷蒸氣。

本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

已知六氯二矽與水或水分反應會迅速水解，其產生的水解產物具有撞擊敏感性，可因撞擊或火焰而點燃並產生爆炸。造成六氯二矽水解產物具有撞擊敏感性之主因為Si-Si鍵和Si-OH鍵的分子內氧化作用（intramolecular oxidation）。因此，必須提供一種不會產生撞擊敏感性以安全地處理含六氯矽乙烷的方法。

本發明一種處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，其包括將六氯矽乙烷或其水解產物引入一硫酸水溶液進行反應；所述六氯矽乙烷為純六氯矽乙烷液體、純六氯矽乙烷蒸氣、或稀釋六氯矽乙烷蒸氣。

在將六氯矽乙烷或其水解產物引入硫酸水溶液時，不會形成撞擊敏感或可燃的產物。雖然六氯矽乙烷的水解反應會產生固體殘留物和氯化氫（HCl），但殘餘物經過掃描式電子顯微鏡及能量散射光譜儀（SEM / EDS）分析，證明HCl不會附著於固體殘餘物上。

另，亦發現只要分子中的Si-Cl鍵耗盡，則六氯矽乙烷水解產物也具撞擊敏感性。即使水解反應發生於溶有或含有HCl的液態水（liquid water）中，其水解產物於乾燥後仍具有撞擊敏感性。但如果使用鹼（如氫氧化鈉）來中和HCl，由於鹼性會攻擊並弱化Si-Si鍵，因此乾燥水解產物的撞擊敏感性會顯著地增加。

令人驚訝地是，抑制水解產物撞擊敏感性的最簡單方式是使用液態水，含水量至少33 wt%，較佳為50 wt%的潮濕水解產物不會因衝擊或火焰而點燃；然而，隨著乾燥而降低含水量，其撞擊敏感性會再次出現。另有一種抑制水解產物撞擊敏感性的方式為利用硫酸水溶液，水解產物會如膠體（colloidal）一樣懸浮在硫酸水溶液中，此懸浮產物可能需要較長的時間進行乾燥，即使乾燥後也不會因撞擊或火焰而點燃。根據紅外光譜檢測乾燥後產物，可知硫酸與水解產物結合，因此若作為一般危險廢物處理是安全的。再者，若將六氯矽乙烷蒸汽或液體直接注入硫酸水溶液中，水解產物也會迅速結合硫酸形成膠體形式，因此硫酸水溶液可用於作為減少六氯矽乙烷蒸汽排放或液體溢出的方法。

於本發明之一實施例中，硫酸水溶液的濃度沒有限制，通常為1wt%至98wt%，更佳為20wt%至90wt%。

此外，藉由下述具體實施例，可進一步證明本發明可實際應用之範圍，但不意欲以任何形式限制本發明之範圍。

實施例一

將六氯矽乙烷液體於露點（dew point）為25℃、溫度為32℃的環境空氣中水解，形成的水解產物呈白色無定形粉末。利用撞擊能量為20 J的BAM落錘（BAM fall-hammer）可將上述粉末點燃；並且用小火噴射（small jet fire）粉末會點燃產生大火。利用氧氣炸彈熱卡計（Oxygen bomb calorimeter）測量粉末的燃燒熱量為1060 cal/g。

將水解的粉末浸入9.8wt％的硫酸水溶液中並混合，然後將粉末過濾並於100℃的烘箱中烘乾1小時。將上述乾燥粉末利用撞擊能量為50 J的BAM落錘進行撞擊，結果顯示無可見的火焰或火花產生；並且用小火噴射粉末不會產生明顯的火焰。

實施例二

在密閉容器中，將氮氣通入六氯矽乙烷液體中鼓泡，並將蒸氣混合物導入含有20wt%的硫酸水溶液（sulfuric acid solution）的液體水浴中1小時；之後，將溶液過濾並置於100℃的烘箱中1小時，使濾液保持濕潤並具有凝膠外觀；再進行乾燥3小時以取得乾燥粉末。

將上述乾燥粉末利用撞擊能量為50 J的BAM落錘進行撞擊，結果顯示無可見的火焰或火花產生；並且用小火噴射粉末不會產生明顯的火焰。

比較例一

在密閉容器中，將氮氣通入六氯矽乙烷液體中鼓泡，並將蒸氣混合物導入含有10wt%的硝酸水溶液（nitric acid solution）的液體水浴中1小時；之後，將溶液過濾並置於100℃的烘箱中烘乾1小時。

在鼓泡過程中發現即使利用超聲波振盪器，粉末也會快速堵塞排氣管，並且在敲擊排氣管時，鼓泡容器內產生具有可見的火焰點燃。將上述乾燥粉末利用撞擊能量為50 J的BAM落錘進行撞擊，結果顯示可見的火焰產生；並且用小火噴射粉末也會產生明顯可見的火焰。

由上述之實施說明可知，本發明與現有技術相較之下，本發明具有以下優點:

1. 本發明利用硫酸水溶液處理與六氯矽乙烷或其水解產物，過程中不會形成撞擊敏感或可燃的產物，因此可避免習知方法在處理過程中容易因撞擊或火焰而點燃並爆炸之問題。

2. 本發明若將六氯矽乙烷蒸汽或液體直接注入硫酸水溶液中，水解產物會迅速結合硫酸形成膠體形式，因此減少六氯矽乙烷蒸汽排放或液體溢出。

3. 本發明利用硫酸水溶液使六氯矽乙烷之水解產物呈膠體懸浮在溶液中，此懸浮產物即使乾燥後也不會因撞擊或火焰而點燃，大幅提高處理過程中的安全性。

綜上所述，本發明之處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

無

無

Claims (4)

1. 一種處理六氯矽乙烷及其水解產物之方法，其包括將六氯矽乙烷或其水解產物引入一硫酸水溶液進行反應。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該六氯矽乙烷為純六氯矽乙烷液體、純六氯矽乙烷蒸氣、或稀釋六氯矽乙烷蒸氣。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該硫酸水溶液的濃度為1wt%至98wt%。
4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該硫酸水溶液的濃度為20wt%至90wt%。