[發明專利]一種六氟乙烷的制備方法

有效

• 申請號: 202011059241.5
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112899707B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 耿謙;馬毅斌;徐海云;王斌;商洪濤;張雷;鄭藝;喬蓓蓓
• 申請（專利權）人: 中船(邯鄲)派瑞特種氣體股份有限公司
• 主分類號: C25B3/03
• 分類號: C25B3/03;C25B3/28
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜

本發明涉及一種六氟乙烷的制備方法，屬于精細氟化工技術領域。所述方法通過將氟化氫和堿金屬氟化物在?30℃～0℃下混合均勻，然后在0℃～?5℃加入電解原料，進行電解反應，電解溫度為?5℃～20℃，電解電壓為5V～7V，使用低溫冷阱收集電解反應產生的氣相產物，氣相產物的沸點為?78℃，制備得到純度大于90％的六氟乙烷粗產物；進一步純化后得到純度大于99.5％的六氟乙烷。所述方法以堿金屬丙酸鹽為原料，氟化氫為氟化試劑，堿金屬氟化物為導電介質，使用電解氟化方法制備六氟乙烷；所述方法具有原創性、原料無毒、廉價易得、副產物為少量四氟化碳，無其它沸點近似含氯化合物，粗產品易于提純至電子級。

技術領域

本發明涉及一種六氟乙烷的制備方法，屬于精細氟化工技術領域。

背景技術

電子氣體是集成電路、光電子、微電子，特別是超大規模集成電路、液晶顯示器件、半導體發光器件和半導體材料制造過程中不可缺少的基礎性支撐源材料，它被稱為電子工業的“血液”和“糧食”，它的純度和潔凈度直接影響到光電子、微電子元器件的質量、集成度、特定技術指標和成品率，并從根本上制約著電路和器件的精確性和準確性。在芯片制造廠，一個芯片需要2～3個月的工藝流程，完成450道或更多的工藝步驟，才能得到有各種電路圖案的芯片。這個過程包括外延、成膜、摻雜，蝕刻、清洗、封裝等諸多工序，需要的高純電子化學氣體及電子混合氣高達30多種。含氟電子氣體主要用作清洗劑和蝕刻劑。

六氟乙烷，分子式：C₂F₆，CAS號：76-16-4，標況下為無色不燃氣體，分子量：138，沸點：-78.2℃，熔點：-100.6℃，密度：7.534Kg/m³(24℃)；相對密度4.70(空氣＝1)，常壓下是無毒無色無味的氣體。六氟乙烷在半導體與微電子工業中用作等離子蝕刻氣體、器件表面清洗劑，還可用于光纖生產與低溫制冷劑。因六氟乙烷具有無毒無臭、高穩定性而被廣泛應用在半導體制造過程中，例如作為蝕刻劑、化學氣相沉積后的清洗氣體，在等離子工藝中作為二氧化硅的干蝕氣體。近年來，隨著半導體行業的迅猛發展，對電子氣體的純度要求越來越高，而六氟乙烷由于具有邊緣側向侵蝕現象極微、高蝕刻率及高精確性的優點，解決了常規濕法腐蝕不能滿足0.18μm～0.25μm的深亞微米集成電路高精度細線蝕刻的問題，極好地滿足此類線寬較小的制程要求。高純六氟乙烷已經成為超大規模集成電路所必需的介質，對半導體行業的發展起著重要的作用。

目前，六氟乙烷的制備方法主要有以下三種：

1.金屬氟化物氟化法

五氟乙烷與金屬氟化物(CoF₃，MnF₃，AgF₂)進行反應制備六氟乙烷。例如，作為催化劑的二氟化鈷與氟氣接觸反應，生成三氟化鈷，三氟化鈷與五氟乙烷在300℃～350℃下反應制備六氟乙烷，涉及的化學反應式如下：

2CoF₂+F₂→2CoF₃，

CHF₂CF₃+2CoF₃→CF₃CF₃+HF+2CoF₂；

所述方法需要很高的溫度，且未完全反應的五氟乙烷(b.p.＝48℃)殘留在產物六氟乙烷(b.p.＝78℃)中，難以進一步提純至5N以上。

2.氟化氫催化氟化法

五氟乙烷與氯氣在光反應條件下制備五氟一氯乙烷，五氟一氯乙烷與氟化氫通過液相氟化銻催化制備六氟乙烷，涉及的化學反應式如下：

CHF₂CF₃+Cl₂→CClF₂CF₃+HCl，