[发明专利]三氟化氮的制造方法及其制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及使氟气(F₂气体)和氨气(NH₃气体)在稀释气体的存在下、在气相中、无催化剂条件下反应，从而高效率地制造三氟化氮(NF₃)的方法以及该法所使用的装置。

背景技术

NF₃被用于例如半导体器件制造工艺中的干蚀刻用气体和清洗气体等。作为其制造方法，通常可以大致分为化学法和电解法。作为化学法，已知有例如(1)向熔融酸式氟化铵中喷吹F₂气体和NH₃气体的方法(参照特公昭55-8926号公报(专利文献1))、(2)使F₂气体和NH₃气体直接反应的方法(参照特开平2-255513号公报(专利文献2)、特开平5-105411号公报(专利文献3))，等等。

另一方面，作为电解法，已知有例如以熔融酸式氟化铵作为电解液，(3)以石墨作为阳极进行电解的方法、(4)以镍作为阳极进行电解的方法，等等。并且曾经报道，Ruff等人使F₂和NH₃在气相中发生反应，以6％以下的收获率采用化学法合成NF₃(参照Z.anorg.allg.chem.197，395(1931)(非专利文献1)；Morrow等人同样地在气相中以24.3％的收获率合成NF₃(参照J.Amer.Chem.Soc.82.5301(1960)(非专利文献2))。

以往的使F₂气体和NH₃气体发生反应来合成NF₃的直接氟化反应，由于使用极富有反应性的F₂气体，因此存在爆炸和腐蚀的危险，并且它们的反应的反应热很大，反应器内的温度升高，由于副反应、生成的NH₃的分解和副反应，生成N₂、HF、N₂F₂、N₂O、NH₄F(氟化铵)和NH₄HF₂(酸式氟化铵)等，收获率降低，或者由于NH₄F和NH₄HF₂的固体成分引起反应器和配管堵塞的问题存在。

在这些问题中，关于反应器和配管的堵塞等，在特开平2-255511号公报(专利文献4)以及特开平2-255512号公报(专利文献5)中曾经公开：通过使用薄的长方体状的、在其上方具有氨气吹入管、在其侧面具有氟气吹入管的反应器，并且，将反应器设置在保持在80～250℃的载热体槽内，从而得到改善。但是，无论采用哪一种方法，收获率均低，为17％(以NH₃为基准)左右。并且，在特开平2-255513号公报(专利文献2)中曾经公开：通过使用相对于NH₃气体为3～20倍的F₂气体，收获率提高到59.5％(以NH₃为基准)，但是以F₂为基准的收获率不佳，并不经济。

在特开平5-105411号公报(专利文献3)中曾经公开：通过在反应器内部，使原料气体沿着反应器内壁呈螺旋状地流动来混合原料气体、并使其发生反应，不存在反应器以及配管的堵塞，收获率提高到63％(以NH₃为基准)。但是，由于使用高价的氟气作为原料，因此进一步提高收获率是其课题。

特开2001-322806号公报(专利文献6)曾经公开：通过在稀释气体存在下、在80℃以下进行反应，收获率提高到约76％(以F₂为基准)，但是存在针对反应器的堵塞和提高收获率的课题。

专利文献1：特公昭55-8926号公报(

专利文献2：特开平2-255513号公报

专利文献3：特开平5-105411号公报

专利文献4：特开平2-255511号公报

专利文献5：特开平2-255512号公报

专利文献6：特开2001-322806号公报

非专利文献1：Z.anorg.allg.chem.197，395(1931)

非专利文献2：J.Amer.Chem.Soc.82.5301(1960)

发明内容