一种含氟有机气体纯化的方法与流程

文档序号:13748995阅读:450来源:国知局

本发明涉及一种提纯方法,尤其是一种含氟有机气体纯化的方法。



背景技术:

半导体IC制程主要以离子注入、扩散、外延生长及光刻四项基础工艺为基础逐渐发展起来。由于集成电路内各元件及连线相当微细,因此制造过程中,如果遭到尘粒、金属的污染,很容易造成晶片内电路功能的损坏,形成短路或断路等,导致集成电路的失效以及影响几何特征的形成。因此在制作过程中除了要排除外界污染源外,集成电路制作步骤如高温扩散、离子注入前等均需要进行清洗工作。

含氟清洗剂在半导体和电子工业清洗尤其是干法清洗中表现出了非常好的性能。含氟清洗剂沸点较低,常温下以气相存在,因此非常容易进行干法气相清洗。含氟清洗剂主要包括CF4、C2F6、C3F8、c-C4F8、SF6、NF3、CF2O、F2等,传统含氟清洗气体主要包括四氟化碳(CF4)、六氟乙烷(C2F6)、八氟丙烷(C3F8)、八氟环丁烷(c-C4F8)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)等品种,在半导体清洗中,主要以原位C2F6与CF4等全氟氮化合物(PFC)清洗为主。

CN1455699公开了一种生产吸附剂的方法;高纯八氟丙烷或八氟环丁烷;纯化和生产该八氟丙烷或八氟环丁烷的方法;和其用途。纯化用通过包括如下步骤的方法生产的纯化吸附剂进行:(1)将原炭用酸洗涤,然后用水洗涤;(2)将原炭脱氧和/或脱水;(3)原炭在温度500-700℃下再碳化;和(4)原炭在温度700-900℃下在包含惰性气体、二氧化碳和水蒸汽的混合气体流中活化。

CN103664502公开了一种八氟丙烷纯化方法,包括:将八氟丙烷原料在常温条件下进行常温吸附;将经过常温吸附的所述八氟丙烷原料在-37℃~10℃,0.1~0.6MPa条件下进行精馏;将经过精馏的所述八氟丙烷原料在-100℃~-30℃温度下进行低温吸附;将经过低温吸附的所述八氟丙烷原料在0.5~1.5MPa的压力条件下进行加压吸附,获得八氟丙烷产品。采用本发明,不仅除去八氟丙烷原料中大部分含氯氟碳化合物杂质,而且也解决现有技术中二氧化碳和水脱除深度不够的问题,降低能耗,增强吸附剂的吸附效果,使八氟丙烷产品达到纯度在99.999%以上。

现有技术中的吸附剂使用前需要高温处理,或者蒸汽活化,能耗较高,需要进一步优化工艺。



技术实现要素:

本发明目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题,提供一种含氟有机气体纯化的方法。其特征在于制备步骤包括:

(1)高效吸附剂的制备

按重量份计:将粉煤灰、以及由氯化铁FeCl3·6H2O、1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、去离子水组成的柱撑液各组分按100∶2-10∶0.05-0.5∶500-1000的比例混合进行插层改性,在80-100℃搅拌30-80h;再加入粉煤灰质量百分比含量1-5的牛脂基双羟乙基氧化胺、粉煤灰质量百分比含量0.5-2的氯化胆碱、粉煤灰质量百分比含量1-5的尿素,在50-80℃搅拌10-30h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序可得高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

含氟有机气体粗品先经过分子筛吸附除去水分,再进入多级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-100~-20℃,压力0.3~3MPa,流速3-10BV/h,吸附后的含氟有机气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的含氟有机气体产品。

步骤1中的1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐为市售产品,如中科院兰州化学物理研究所研制的产品;聚氧化乙烯牛脂胺为市售产品,如山东派尼化学有限公司生产的产品。

所述的含氟有机气体包括八氟丙烷C3F8、八氟环丁烷C4F8、氟甲烷R41、二氟甲烷R32、三氟甲烷R23、六氟乙烷R116。

所述的分子筛干燥剂是已知的分子筛,优选使用的分子筛的例子包括X型分子筛,A型分子筛,分子筛可以在使用前经过预处理,例如酸处理,热处理和蒸汽处理。

所述的粉煤灰是煤粉经高温燃烧后形成的一种似火山灰质混合材料。它是燃烧煤的发电厂将煤磨成100微米以下的煤粉,用预热空气喷入炉膛成悬浮状态燃烧,产生混杂有大量不燃物的高温烟气,经集尘装置捕集就得到了粉煤灰。粉煤灰的化学组成与粘土质相似,主要成分为二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙和未燃尽碳。具有极高的比表面积,一般比表面积(cm2/g)800~19500。

所述的多级串联,可以为2-5级吸附塔串联而成。

本发明由于采用了上述技术方案,具有以下有益效果:

(1)经过氯化铁FeCl3·6H2O,1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐插层改性合成的粉煤灰,其吸附气体的能力得到增强。

(2)负载氯化胆碱,尿素的吸附剂可提高吸附二氧化碳的能力。

(3)粉煤灰价格低廉,高效吸附剂的制备不需要高温处理,降低了能耗。

具体实施方式

以下实例仅仅是进一步说明本发明,并不是限制本发明保护的范围。

实施例1

(1)高效吸附剂的制备

在2000L反应器中加入100Kg粉煤灰、5Kg氯化铁FeCl3·6H2O、0.2Kg1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、800Kg去离子水混合进行插层改性,在90℃搅拌60h;再加入3Kg的牛脂基双羟乙基氧化胺、1Kg的氯化胆碱、3Kg的尿素,在70℃搅拌20h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序,得到高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

八氟丙烷C3F8粗品先经过5A分子筛吸附除去水分,再进入3级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-80℃,压力0.8MPa,流速5BV/h,吸附后的八氟丙烷C3F8气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的八氟丙烷C3F8产品。产品编号B-1。

实施例2

(1)高效吸附剂的制备

在2000L反应器中加入100Kg粉煤灰、2Kg氯化铁FeCl3·6H2O、0.05Kg1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、500Kg去离子水混合进行插层改性,在80℃搅拌30h;再加入1Kg的牛脂基双羟乙基氧化胺、0.5Kg的氯化胆碱、1Kg的尿素,在50℃搅拌10h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序,得到高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

八氟环丁烷C4F8粗品先经过4A分子筛吸附除去水分,再进入2级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-100℃,压力0.3MPa,流速3BV/h,吸附后的八氟环丁烷C4F8气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的八氟环丁烷C4F8产品。产品编号B-2。

实施例3

(1)高效吸附剂的制备

在2000L反应器中加入100Kg粉煤灰、10Kg氯化铁FeCl3·6H2O、0.5Kg1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1000Kg去离子水混合进行插层改性,在100℃搅拌80h;再加入5Kg的牛脂基双羟乙基氧化胺、2Kg的氯化胆碱、5Kg的尿素,在80℃搅拌30h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序,得到高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

氟甲烷R41粗品先经过3A分子筛吸附除去水分,再进入5级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-20℃,压力3MPa,流速10BV/h,吸附后的氟甲烷R41气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的氟甲烷R41产品。产品编号B-3。

实施例4

(1)高效吸附剂的制备

在2000L反应器中加入100Kg粉煤灰、4Kg氯化铁FeCl3·6H2O、0.7Kg1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、700Kg去离子水混合进行插层改性,在90℃搅拌60h;再加入2Kg的牛脂基双羟乙基氧化胺、1Kg的氯化胆碱、2Kg的尿素,在70℃搅拌20h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序,得到高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

二氟甲烷R32粗品先经过10X分子筛吸附除去水分,再进入3级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-83℃,压力0.9MPa,流速5BV/h,吸附后的二氟甲烷R32气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的二氟甲烷R32产品。产品编号B-4。

实施例5

(1)高效吸附剂的制备

在2000L反应器中加入100Kg粉煤灰、3Kg氯化铁FeCl3·6H2O、1.3Kgl-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、1000Kg去离子水混合进行插层改性,在80℃搅拌50h;再加入1.6Kg的牛脂基双羟乙基氧化胺、2Kg的氯化胆碱、2Kg的尿素,在78℃搅拌21h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序,得到高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

三氟甲烷R23粗品先经过5A分子筛吸附除去水分,再进入3级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-70℃,压力1MPa,流速2BV/h,吸附后的三氟甲烷R23气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的三氟甲烷R23产品。产品编号B-5。

实施例6

(1)高效吸附剂的制备

在2000L反应器中加入100Kg粉煤灰、8Kg氯化铁FeCl3·6H2O、0.5Kg1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐、600Kg去离子水混合进行插层改性,在90℃搅拌40h;再加入3Kg的牛脂基双羟乙基氧化胺、2Kg的氯化胆碱、3Kg的尿素,在80℃搅拌13h,再经离心,洗涤,造粒,烘干等工序,得到高效吸附剂产品;

(2)含氟有机气体纯化

六氟乙烷R116粗品先经过10X分子筛吸附除去水分,再进入3级串联的装有本高效吸附剂的吸附塔,温度-90℃,压力2.8MPa,流速4BV/h,吸附后的六氟乙烷R116气体再经过业内公知的脱杂质精制技术,包括减压精馏,脱去低沸点的气体,得到高纯的六氟乙烷R116产品。产品编号B-6。

比较例1

氯化铁FeCl3·6H2O不加入,其它同实施例1,产品编号B-7。

比较例2

1-乙基乙基醚-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐不加入,其它同实施例1,产品编号B-8。

比较例3

氯化胆碱不加入,其它同实施例1,产品编号B-9。

比较例4:去掉步骤1,步骤2采用X型分子筛吸附,其它同实施例1,产品编号B-10。

实施例4

检测实施例1-6以及对比例1-4的产品纯度,以及二氧化碳的体积浓度,见下表:

以上仅为本发明的具体实施例,但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础,为解决基本相同的技术问题,实现基本相同的技术效果,所作出的简单变化、等同替换或者修饰等,皆涵盖于本发明的保护范围之中。

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