[发明专利]生产超高纯六氟化钨的方法

说明书

本发明一般地涉及纯化气体的方法。更具体地说，本发明涉及用纯化过程生产超高纯(UHP)级六氟化钨的方法。

六氟化钨是用于微电子学生产过程中钨的化学蒸气沉积的一种气源。在这些应用中，需要超高纯六氟化钨以保证半导体生产过程的可靠性。

在生产超高纯六氟化钨方面已经做了许多尝试。用高纯金属钨与氟气反应或许可以生产六氟化钨。但是，在控制氟气源纯度上存在困难，它常常导致引入范围在100-1000ppm的大量气体杂质。氟气与气体处理系统壁上的来自生产过程的微量湿气相反应，可能产生另外的氟化氢杂质。而且，在钨金属源中存在的杂质可能导致最终产品中的低挥发性金属杂质的掺入。为了获得超高纯级六氟化钨产品，需要更可靠和更经济的纯化方法。更具体地说，需要发明一种从纯度大约为99％的粗六氟化钨中生产纯度为99．9999％的超高纯级六氟化钨方法，而且比目前本领域可获得的方法更简单。

为纯化六氟化钨已经做了某些尝试。U．S．P．5324498公开了一种六氟化钨的纯化方法，它涉及a)蒸发六氟化钨以除去不挥发的残余物，b)冷凝蒸发的产物，c)将冷凝的六氟化钨冷冻成固体形式，d)抽空其上部空间以除去挥发性杂质，e)融化固体并在减压下加热六氟化钨到它的沸点温度以上，f)抽空其上部空间，从中除去挥发性杂质，和g)至少一次地重复步骤c至f的热循环。专利5324498的过程对除去挥发性杂质，例如氮和氧，具有决定性的效果，但对除去六氟化钨中的氟化氢无效，因为它们在沸点上相近。由于该方法需要多次重复热循环，因此十分耗费时间。

U．S．P．5328668和5348723公开了生产半导体级六氟化钨的综合方法。这些方法采用蒸发作为从产品中除去非挥发性杂质的手段，但没有提供任何除去金属杂质的手段和降低氟化氢水平的方法。

U．S．P．3995011公开了从钨、卤素和氟化氢生产六氟化钨的方法。但是，没有纯化六氟化钨的方法或建议。

本发明一方面直接涉及生产UHP六氟化钨方法，包括步骤a)把一定量粗六氟化钨引入蒸发过程，分离成一定量含挥发性杂质的六氟化钨和一定量的非挥发性金属杂质，b)使一定量含挥发性杂质的六氟化钨通过气相吸附过程，分离出一定量的半粗六氟化钨产品和氟化氢-非挥性残余物，和c)使一定量半粗六氟化钨产品通过采用高纯氦气的鼓泡系统(Sparging system)，从而分离出非挥发的UHP六氟化钨产品。

本发明的另一方面是涉及从六氟化钨中除去氟化氢的方法，包括使一定量的六氟化钨通过气相吸收过程，分离出一定量半粗六氟化钨产品和一定量的作为吸附残余物的氟化氢，以及使一定量半粗六氟化钨产品通过采用超高纯气体的鼓泡系统，从而分离出非挥发性的UHP六氟化钨产品。该超高纯气体的鼓泡系统可以采用超高纯的惰性气体，例如氩、氮、氦、氪和氙。

通常，粗六氟化钨大约是纯度为99+％的六氟化钨，其含有大于1ppmv的氟化氢。含有挥发性杂质的六氟化钨也分离出一定量的非挥发性的氟化硅杂质。鼓泡系统在温度高于3℃，压力大于0．5 atm下操作，采用脉冲吹扫程序。气相吸附过程采用氟化钠吸附床或氟化钾吸附床。

这里采用的术语“粗六氟化钨”是指含有浓度大于1ppmv氟化氢、0．5ppmv挥发性物质和／或100ppbw非金属杂质的六氟化钨气体。

从以下优选的实施方案和相应图解说明，本领域的技术人员将发现其它目的、特色和优点，其中：

图1提供了本发明生产六氟化钨的半间歇式纯化方法的流程图；和

图2提供了本发明生产六氟化钨的连续式纯化方法的流程图。

本发明是为了生产UHP级六氟化钨。原始材料是含有超过约1000ppmv挥发性杂质的纯度为99+％的粗六氟化钨。

纯化系统提供从粗六氟化钨中完全除去所有杂质以生产UHP级的六氟化钨。这个系统要比U．S．P．5324498公开的方法更有效。

该纯化系统要比蒸馏塔更经济。在蒸馏塔中分离六氟化钨中的氟化氢杂质时，由于这两种组分在沸点温度上的相似性而需要多级塔板蒸馏系统。本发明采用的氟化钠或氟化钾能从六氟化钨中选择性地除去氟化氢。钠阱的材料和制备费与多级塔板蒸馏塔的设计相比微不足道。

本发明的纯化是基于蒸发、气相活性吸附系统和鼓泡系统的结合。蒸发是为了从粗六氟化钨中除去非挥发性残余物。采用的气相反应性吸附床是为了从六氟化钨中除去氟化氢和氟化硅杂质。采用的鼓泡系统是为了从产品中除去挥发性杂质。正如以下表1所示，每一步都是用来除去某些目标杂质的。