[发明专利]六氟化钨气体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种六氟化钨气体的制备方法。

背景技术

在钨的氟化物中，WF₆是唯一稳定并被工业化生产的品种。它的主要用途是在电子工业中作为金属钨化学气相沉积(CVD)工艺的原材料，特别是用它制成的WSi₂可用作大规模集成电路(LSI)中的配线材料。通过混合金属的CVD工艺制得钨和铼的复合涂层，可用于X-射线的发射电极和太阳能吸收器的制造。此外，WF₆在电子行业中还主要用作半导体电极和导电浆糊等的原材料。WF₆还有许多非电子方面的应用，例如通过CVD技术使钨在钢的表面上生成坚硬的碳化钨可用来改善钢的表面性能。它还可用于制造某些钨制部件，如钨管和坩埚等。此外，WF₆还被广泛用作氟化剂、聚合催化剂及光学材料的原料等。用于微电子工业超大规模集成电路的六氟化钨气体要求很高的纯度，不低于99.999％。高纯的六氟化钨气体一般要经过初级WF₆合成、纯化精制等多个步骤才能得到。初级合成的WF₆气体的纯度好坏将直接影响高纯WF₆气体的纯度。特别是当初级WF₆气体中的HF含量过高时，纯化精制生产高纯WF₆气体的成本会很高。

传统方法采用普通氟气和钨粉直接反应制备六氟化钨，因氟气中含有较多的HF杂质引入到产品中，致使六氟化钨产品纯度难以达到高纯气体要求，提纯成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种六氟化钨气体的制备方法，采用含HF很少的氟气或三氟化氮的裂解气体和钨粉反应制备六氟化钨气体，不仅安全，而且产品纯度高。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：将氟气(F₂)与高纯氮(N₂)按1∶0.5～20重量比混合通入裂解器中，预热温度为10℃～100℃，压力为0～0.6MPa，时间为1min～20min，后进入反应器，反应器内有5～15Kg原料钨(W)，反应器中氟气与原料钨的反应温度为20℃～400℃，反应时间为1min～20min，所制备的六氟化钨(WF₆)气体由低温收集器液化收集，通过抽真空去除其中的氟气、氮气和三氟化氮低沸点杂质，低温收集器中收集10kg～50kg的WF₆气体后，停止收集并升温到20℃～100℃将WF₆气体压入钢瓶保存，所述的裂解器、反应器和低温收集器之间通过管道相连。

为了提高产品的纯度，所述的氟气的纯度为99％以上，其中水(H₂O)的含量在1ppmv以下，HF杂质的含量要求在50ppmv以下，最好是10ppmv以下。

所述的氟气可以用三氟化氮(NF₃)气体代替，NF₃气体与高纯氮的重量比为1∶0.2～5。加入高纯氮是为了提高保证合成反应的安全性，并使反应过程易于控制。NF₃裂解温度为200℃～600℃，优选350～500℃；压力0MPa～0.6MPa，优选0.1～0.2MPa；气体滞留时间为1min～20min，优选2min～10min。

所述的NF₃气体的纯度在99.9％以上，其中H₂O和HF杂质的含量要求在5ppmv以下，最好是在2ppmv以下。

所述的原料钨为颗粒状或粉末状，为了得到较好的反应效果，其颗粒度为1～100目，优选10～50目；原料钨的纯度在99.9％以上，有利于制备高纯度的WF₆气体。

所述的低温收集器液化收集WF₆气体时的温度为-70～0℃，优选-40℃～-20℃；压力为-0.1～0.6MPa，优选-0.099～0.2MPa，以保证WF₆气体的高收集率。

所述的裂解器和反应器的材料为碳钢、不锈钢、铜、镍或蒙乃尔合金，但为提高设备的耐腐蚀性和使用寿命，优选镍或蒙乃尔合金。

所述的低温收集器的材料为不锈钢、铜、镍或蒙乃尔合金，为降低成本，优选不锈钢。

为了减少腐蚀，所述的连接裂解器、反应器和低温收集器之间的管道的材料为镍或蒙乃尔合金。

本发明所制备的WF₆气体的纯度能达到99.5％以上，且其中的HF含量小于10ppmv，有利于进一步提纯精制成99.999％以上的超高纯气体，。