Способ очистки тетрафторида кремния от примеси летучих фторидов фосфора

Изобретение может быть использовано в производстве поликристаллического кремния. Осуществляют совместную сорбцию тетрафторида кремния и летучих фторидов фосфора на фториде натрия при температуре 200-250°С. Вводят водяной пар при температуре 450-550°С, десорбируют и конденсируют очищенный тетрафторид кремния. Изобретение позволяет получать тетрафторид кремния чистотой до 99,7%. 1 табл.

 

Изобретение относится к неорганической химии и может быть использовано в технологии получения поликристаллического кремния.

В технологии получения поликристаллического кремния (далее ПКК) в ряде способов промежуточным продуктом является SiF₄, нередко загрязненный различными летучими фторидами, в частности фторидами фосфора. В связи с этим при получении ПКК, применяемого в полупроводниковой технике и др. областях, наличие примесей фосфора строго регламентируется.

Известен способ очистки SiF₄ от примесей [Галкин Н.П. и др. Улавливание и переработка фторсодержащих газов. М.: Атомиздат, 1978, с.77] в циклах сорбции-десорбции на фторидах щелочных или щелочноземельных металлов. Основным недостатком способа является малая степень очистки целевого вещества от примесей. В частности, при проведении цикла сорбции SiF₄ с примесью летучих фторидов фосфора (под летучими фторидами фосфора подразумевается сумма веществ - три- и пентафторид фосфора, а также окситрифторид фосфора) при 200-250°C и последующей десорбции SiF₄ при 550-600°C, наблюдается снижение содержания фосфора в конечном продукте не более чем в два раза. Такой результат является следствием того, что упругость пара SiF₄ над гесафторосиликатом натрия, хотя и ниже упругости пара фторидов фосфора над двойными фторидами натрия фосфора при той же температуре, тем не менее, их величины составляют сравнимые величины.

Для достижения эффективной очистки SiF₄ необходимо создать условия, когда давление пара SiF₄ при температуре десорбции будет значительно выше, чем давление пара примесей фосфора над соответствующими солями.

Технический результат предлагаемого способа заключается в снижения давления пара соединений фосфора.

Технический результат предлагаемого способа очистки тетрафторида кремния от примеси летучих фторидов фосфора достигается тем, что проводят совместную сорбцию SiF₄ и фторидов фосфора на фториде натрия при температуре 200-250°C с последующей десорбцией и конденсацией. На стадии десорбции в систему вводят пары воды при температуре 450-550°C.

При 200-250°C тетрафторид кремния и фториды фосфора сорбируются на фториде натрия, а присутствующий фторид водорода практически не взаимодействует с сорбентом. Температуру поднимают до 450-550°C, создавая атмосферу над солями, содержащую полностью десорбируемые летучие фториды фосфора и незначительную часть SiF₄. В систему вводят пары воды. При таких температурах происходит полный гидролиз соединений фосфора с образованием нелетучих соединений, а SiF₄ в этих же условиях гидролизуется в значительно меньшей степени, образуя чистый от примеси фосфора газообразный тетрафторид кремния. Температуру повышают до 550-600°C с целью полной десорбции тетрафторида кремния, который в дальнейшем конденсируют в приемную емкость. Степень очистки SiF₄ от соединений фосфора за одну обработку снижается более чем на два порядка (см. пример).

При температуре выше 550°C SiF₄ начинает десорбироваться с увеличивающейся скоростью и его парциальное давление в смеси над солями становится большим, чем парциальное давление суммы фторидов фосфора, что ведет к снижению выхода очищенного тетрафторида кремния.

При температуре ниже 450°C степень десорбции фторидов фосфора не достигает максимального значения. Часть фторидов фосфора остается связанной с сорбентом и при осуществлении процесса десорбции при 550-600°C этот фосфор будет загрязнять целевой продукт.

Пример

SiF₄, содержащий в качестве примеси 1,008 мас.% фторидов фосфора, а также некоторое количество фторида водорода, сорбировали на NaF при температуре 225°C. Неадсорбируемый HF направляли на поглощение в систему защиты атмосферы установки. Затем температуру реактора повысили до 500°C, при этом давление в реакторе повысилось до 3 атм. В реактор ввели водяной пар под давлением 3,5 атм и произвели выдержку реактора в этих условиях в течение 2-3 мин. Температуру в реакторе повысили до 600°C и произвели полную десорбцию SiF₄. Затем газовую смесь очистили от HF одним из известных способов и SiF₄ сконденсировали в приемную емкость при температуре сухого льда.

На основании произведенных химических анализов соединений системы, в том числе промежуточных (см. таблицу), определяли степень очистки целевого вещества от примеси фосфора.

Соединение	SiF4 (исходный)	Na2SiF6	NaF (после десорбции)	SiF4 (конечный)
Содержание фосфора, мас.%	1,008	0,470	0,930	0,003

Как следует из данных, представленных в таблице, степень очистки SiF₄ достигает 99,7%.

Способ очистки тетрафторида кремния от примеси летучих фторидов фосфора, включающий их совместную сорбцию на фториде натрия при температуре 200-250°С с последующей десорбцией и конденсацией, отличающийся тем, что на стадии десорбции в систему вводят водяной пар при температуре 450-550°С.