一种超高纯氢氟酸的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超高纯氢氟酸的制备方法，包括：1）将无水氟化氢汽化，掺入含有氟气、三氟化氮和二氟化氧中的一种或多种的含氟气体，得第一混合气；2）将所述第一混合气通入等离子体发生装置中，使第一混合气中含有的杂质三氟化砷转化为五氟化砷，得第二混合气；3）将第二混合气通过含有金属氟化物的水溶液进行洗涤得到纯化的氟化氢，并控制水溶液的温度，洗涤过程中第二混合气中的五氟化砷反应转化为砷酸盐，保留在水中；4）选择性地重复步骤2）和步骤3）的步骤；5）将所述超高纯氟化氢溶解于水中，过滤，得纯化的氢氟酸；本发明专利技术的方法简单、高效，成本低，可连续生产，不会给后续应用带来不利影响，且无化工危险废弃物，对环境危害小。

A Method for Preparing Ultra-Pure Hydrofluoric Acid

The invention discloses a preparation method of ultra-high purity hydrofluoric acid, which includes: 1) vaporizing anhydrous hydrogen fluoride, mixing one or more fluorine-containing gases containing fluorine gas, nitrogen trifluoride and oxygen difluoride to obtain the first mixture; 2) injecting the first mixture into the plasma generator to make the first mixture contain fluorine gas. The impurity arsenic trifluoride is converted into arsenic pentafluoride to obtain the second mixture; 3) purified hydrogen fluoride is obtained by washing the second mixture through an aqueous solution containing metal fluoride, and the temperature of the aqueous solution is controlled. The reaction of arsenic pentafluoride in the second mixture is converted into arsenate in the washing process, which is retained in water 4) Selection; The method is simple, efficient, low cost, continuous production, no adverse effect on subsequent application, no chemical hazardous waste and little harm to the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种超高纯氢氟酸的制备方法
本专利技术属于氢氟酸的提纯领域，具体涉及一种超高纯氢氟酸的制备方法，超高纯的氢氟酸主要应用于集成电路行业和分析行业。
技术介绍
随着中国电子行业的发展，集成电路行业在国家的支持下，也得到了快速发展。台积电、三星电子、德州仪器、英特尔、中芯国际、紫光集团、联电集团等国内外企业纷纷在中国投资设厂。未来10年，世界60%以上的12寸以上的半导体产线将投在中国，随之而来的是，半导体相应的产业链整体向中国转移，如抛光片、光刻胶、超高纯湿电子化学品、超高纯特气和超高纯靶材等。超高纯氢氟酸是集成电路行业用的超高纯湿电子化学品之一，主要用于衬底抛光片的清洗等领域。而超高纯电子级氢氟酸中主要的难去除的杂质为砷，其主要的存在形式为三氟化砷，而三氟化砷可以与无水氟化氢形成共沸物，因此无法通过一般的方法例如精馏、气体吸收等工艺将其去除。基于此，本领域中针对上述现象提出了化学氧化方法以除去杂质砷，具体地，化学氧化法主要采用双氧水或高锰酸钾作为氧化剂将三氟化砷氧化为五氟化砷，并进一步形成砷酸盐而去除；但由于双氧水或高锰酸钾的氧化电位较低，致使需要较长的反应时间及较高的反应温度，并且双氧水或高锰酸钾的添加还会带来其它的不利影响，例如，对于双氧水，需要添加到较高的含量才能有效地去除砷，并且在最终制得的氢氟酸中含有一定量的双氧水，致使该种氢氟酸与硝酸配置的硅腐蚀液会导致硅片腐蚀速度慢，甚至出现无法腐蚀的现象；对于高锰酸钾，其会给氢氟酸带来钾和锰提纯的污染，且增加了提纯成本，同时高浓度高锰酸钾的添加也会带来另外的问题，例如釜液难处理，并会形成化工危险废弃物，因此，使用高锰酸钾去除砷是一种非绿色环保的生产工艺。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种改进的超高纯氢氟酸的制备方法，该方法简单、高效，成本低，且可连续制备生产，以及对环境危害小。为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种超高纯氢氟酸的制备方法，所述方法包括如下步骤：（1）将无水氟化氢汽化，掺入含氟气体，得第一混合气；其中，所述含氟气体含有氟气、三氟化氮和二氟化氧中的一种或多种；（2）将所述第一混合气通入等离子体发生装置中，使第一混合气中含有的杂质三氟化砷转化为五氟化砷，得到第二混合气；（3）将所述第二混合气通过含有金属氟化物的水溶液进行洗涤得到纯化的氟化氢，其中控制所述水溶液的温度为22-90℃，所述洗涤过程中所述第二混合气中的五氟化砷反应转化为砷酸盐，保留在水中；（4）选择性地重复步骤（2）和步骤（3）的步骤，以得到除氟外，各项阴离子的浓度小于50ppb，除氢外，各项阳离子的浓度低于10ppt的超高纯氟化氢；（5）将所述超高纯氟化氢溶解于水中，过滤，得到超高纯氢氟酸。根据本专利技术，步骤（1）中所述的无水氟化氢原料为工业优级纯，氟化氢含量大于99.99%。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（1）中，控制所述含氟气体占所述第一混合气的体积百分含量为0.001%-5%。更优选地，步骤（1）中，控制所述含氟气体占所述第一混合气的体积百分含量为0.01-2.5%。进一步优选地，步骤（1）中，控制所述含氟气体占所述第一混合气的体积百分含量为0.1-2.5%。根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤（1）中，将无水氟化氢通入换热器中，控制温度25℃-30℃，形成完全气态。根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤（1）中，所述含氟气体为三氟化氮，其中含有的杂质气体的体积百分含量低于0.001%。根据本专利技术的一个具体方面，步骤（1）中，所述含氟气体为三氟化氮，其纯度大于99.9995%。根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤（1）中，所述含氟气体为二氟化氧，其中含有的杂质气体的体积百分含量低于0.01%。根据本专利技术的一些具体且优选的方面，步骤（1）中，所述含氟气体为氟气与氮气的混合气体，其中氮气的体积百分含量为0.01%-70%，杂质气体的体积百分含量低于0.4%。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（2）中，控制所述介质阻挡放电等离子体发生装置产生的等离子体的密度为105-1015/cm3。更优选地，步骤（2）中，控制所述介质阻挡放电等离子体发生装置产生的等离子体的密度为108-1015/cm3。进一步优选地，步骤（2）中，控制所述介质阻挡放电等离子体发生装置产生的等离子体的密度为109-1015/cm3。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（2）中，使所述第一混合气以0.001-100m/s的速度通过所述等离子体发生装置的等离子体区域。更优选地，步骤（2）中，使所述第一混合气以0.1-50m/s的速度通过所述等离子体区域。进一步优选地，步骤（2）中，使所述第一混合气以0.1-10m/s的速度通过等离子体区域。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（2）中，步骤（2）中，所述等离子体发生装置的放电方式为选自介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、高频感应放电的一种或几种的混合放电方式。尤其优选地，所述等离子体发生装置的放电方式为介质阻挡放电，所述等离子体发生装置为介质阻挡放电等离子体发生装置。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（2）中，所述等离子体发生装置的放电频率为0-10GHz，放电间距为0.0001-500mm，放电功率为0.01-100kw。更优选地，步骤（2）中，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的放电频率为0-2450MHz，放电间距为0.01-100mm，放电功率为0.1-100kw。进一步优选地，步骤（2）中，所述介质阻挡放电等离子体发生装置的放电频率为0.05-2450MHz，放电间距为0.1-50mm，放电功率为1-100kw。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（3）中，所述金属氟化物为氟化钠和/或氟化钾。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（3）中，所述金属氟化物的水溶液的质量浓度为0.001%-10%。更优选地，步骤（3）中，所述金属氟化物的水溶液的质量浓度为0.1%-10%。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（3）中，控制所述水溶液的温度为22-50℃。更优选地，步骤（3）中，控制所述水溶液的温度为30-50℃。进一步地，步骤（3）中，控制水洗中的杂质浓度除氟外，各项阴离子不超过1000ppm，除氢外，各项阳离子浓度不超过1000ppb。在本专利技术的一些实施方式中，在进行一次步骤（2）和步骤（3）的处理后，再重复步骤（2）、步骤（3）1次至10次。根据本专利技术的一些具体方面，步骤（5）中，采用降膜吸收法，利用电阻率大于18.2MΩ•cm、各项阴离子浓度小于50ppb且各项阳离子浓度小于10ppt的水吸收氟化氢气体得到所述超高纯的氢氟酸。更优选地，步骤（5）中，采用降膜吸收法，其中利用电阻率大于18.4MΩ•cm水去吸收氟化氢气体。根据本专利技术的一些优选方面，步骤（5）中，使所述降膜吸收处理在温度0-35℃下进行。更优选地，步骤（5）中，使所述降膜吸收处理在温度2-35℃下进行。进一步优选地，步骤（5）中，使所述降膜吸收处理在温度2-10℃下进行。根据本专利技术，步骤（5）中，所述过滤处理包括：将所述超高纯氟化氢溶解于水中得到的氢氟酸过滤除去粒径大于0.2微米的颗粒物。更进一步地，所述过滤采用精密循环过滤器两级过滤，其中，首级过滤采用孔径为0.4-0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高纯氢氟酸的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）将无水氟化氢汽化，掺入含氟气体，得第一混合气；其中，所述含氟气体含有氟气、三氟化氮和二氟化氧中的一种或多种；（2）将所述第一混合气通入等离子体发生装置中，使第一混合气中含有的杂质三氟化砷转化为五氟化砷，得到第二混合气；（3）将所述第二混合气通过含有金属氟化物的水溶液进行洗涤得到纯化的氟化氢，其中控制所述水溶液的温度为22‑90℃，所述洗涤过程中所述第二混合气中的五氟化砷反应转化为砷酸盐，保留在水中；（4）选择性地重复步骤（2）和步骤（3）的步骤，以得到除氟外，各项阴离子的浓度小于50ppb，除氢外，各项阳离子的浓度低于10ppt的超高纯氟化氢；（5）将所述超高纯氟化氢溶解于水中，过滤，得到超高纯氢氟酸。

【技术特征摘要】
1.一种超高纯氢氟酸的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）将无水氟化氢汽化，掺入含氟气体，得第一混合气；其中，所述含氟气体含有氟气、三氟化氮和二氟化氧中的一种或多种；（2）将所述第一混合气通入等离子体发生装置中，使第一混合气中含有的杂质三氟化砷转化为五氟化砷，得到第二混合气；（3）将所述第二混合气通过含有金属氟化物的水溶液进行洗涤得到纯化的氟化氢，其中控制所述水溶液的温度为22-90℃，所述洗涤过程中所述第二混合气中的五氟化砷反应转化为砷酸盐，保留在水中；（4）选择性地重复步骤（2）和步骤（3）的步骤，以得到除氟外，各项阴离子的浓度小于50ppb，除氢外，各项阳离子的浓度低于10ppt的超高纯氟化氢；（5）将所述超高纯氟化氢溶解于水中，过滤，得到超高纯氢氟酸。2.根据权利要求1所述的超高纯氢氟酸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，控制所述含氟气体占所述第一混合气的体积百分含量为0.001%-5%。3.根据权利要求1所述的超高纯氢氟酸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，将无水氟化氢通入换热器中，控制温度25℃-30℃，形成完全气态。4.根据权利要求1所述的超高纯氢氟酸的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述含氟气体为三氟化氮，其中含有的杂质气体的体积百分含量低于0.001%；或者，所述含氟气体为二氟化氧，其中含有的杂质气体的体积百分含量低于0.01%；或者，所述含氟气体为氟气与氮气的混合气体，其中氮气的体积百分含量为0.01%-70%，杂质气体的体积百分含量低于0.4%。5.根据权利要求1所述的超高纯氢氟酸的制备方法，其特征在于，所述等离子体发生装置的放电方式为介质阻挡放电、微波放电、射频放电、辉光放电、高频感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，张雪梅，王萧，徐念，
申请(专利权)人：苏州香榭轩表面工程技术咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32