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JPS604125B2 - 高純度四弗化珪素の製造法 - Google Patents
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JPS604125B2 - 高純度四弗化珪素の製造法 - Google Patents

高純度四弗化珪素の製造法

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Publication number
JPS604125B2
JPS604125B2 JP2011381A JP2011381A JPS604125B2 JP S604125 B2 JPS604125 B2 JP S604125B2 JP 2011381 A JP2011381 A JP 2011381A JP 2011381 A JP2011381 A JP 2011381A JP S604125 B2 JPS604125 B2 JP S604125B2
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JP
Japan
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sulfuric acid
reaction
sif3
gas
sif4
Prior art date
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JP2011381A
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豊三 大塚
直道 木次
輝雄 藤永
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Central Glass Co Ltd
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Central Glass Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子材料、太陽電池素子等のアモルファス・シ
リコン半導体を製造するに適した高純度四弗化珪素の製
造法に関する。
四弗化珪素は酸化珪素と弗化水素の反応により{1)式
より得られることは公知であり、又湿式リン酸製造時に
もリン鉱石の硫酸分解により生成することも周知である
が、反応で生成する水、或はその他の水分が存在する場
合容易に加水分解して■式の如く珪弗酸と珪酸ゲルを生
成することも亦良く知られている。
Si02十4HF→SiF4十2日20
{1}$iF4十2日20→2日2SiF6十Si0
2 ■従って■式の反応を抑えるため高温に維
持し水の凝縮を防ぐか或は硫酸の様な水を吸収する媒体
で発生ガスを洗浄し日20とSiF4を分離する方法が
採られている。
本発明者等は酸化珪素原料として非晶質又は結晶質の酸
化珪素を硫酸中に懸濁分散させ、これに弗酸又は無水弗
化水素を添加し四弗化珪素を発生させると同時に反応で
生成する水は直ちに媒体の硫酸中に吸収させSiF4を
単離させる方法に於て、得られた四弗化珪素中に不純物
としてへキサフロロジシロキサンが往々にして混在する
ことを見出した。
へキサフロロジシロキサン(SiF3−○−SiF3)
がSiF4中に混在する場合には、グロー放電等により
アモルファスシリコン薄膜を製造時にシリコンの結合格
子内にシロキサン結合が入り込み、光軍特性に著しい悪
影響を及ぼすものである。本発明の目的はへキサフロロ
ジシロキサンの極めて少ない高純度のSiF4を得るこ
とにある。
へキサフロロジシロキサンの生成機構は必ずしも明確で
はないがSj02とHFの反応が次の様に逐次反応とし
て進むものと推測される。あiF4十日20一SjF3
一0−SiF3十公花 {8}‘5ー、{6)の反応
で生成する日20は媒体硫酸中に吸収されSiF4が生
成するが硫酸濃度は漸次低下する。
一方【7)の反応も職の反応と競走して生起し、又、一
旦生成したSiF4が硫酸中に吸収された日20又は硫
酸濃度に対応する水蒸気圧分に相当する水と反応い8)
の様にへキサフロロシロキサンを生成するものと思われ
る。本発明者らは上記の知見に基づき、あらかじめ得ら
れた四弗化珪素ガス(ヘキサフロロシロキサン若干量含
む)を各種濃度の硫酸水溶液に接触させ、ヘキサフロロ
ジシロキサンの生成量が硫酸濃度により著しく影響され
ることをガスの赤外吸収スペクトルを観察することによ
り確認した。すなわち、SiF4の赤外吸収スペクトル
は1031肌‐1に最強、391、1191、1294
「1827、2057肌‐1に強い吸収を持ち、SiF
3一○−SiF3は839、1205仇‐1に強い、9
84、1032、1040、1242、12粥幼‐1、
に中位の吸収を持つスペクトルを示すが「SjF4の2
057狐‐1(Si一F伸縮)、SiF3−0−SiF
3の839弧‐1(Si−Fの伸縮)は夫々独立して存
在するため、この波数での吸収の大きさを比較すること
によりSiF4中のSiF3一〇一SiF3量を推測す
ることが可能である。かかる手段により各種硫酸濃度に
おけるSjF3一○一SiF3量を測定したところ「硫
酸濃度85%以上では原料SjF4中のSiF3−○−
SjF3量は殆んど変化しないのに対し80%以下では
急激に増加することが確認された。第1表、第1図、は
SiF4の2057功‐1の赤外吸収ピークとSiF3
−○−SiF3の839肌‐1の赤外吸収ピークの比の
変化を硫酸濃度に対して示したものである(SiF4流
速一定、温度室温、日よ04トラップ250の‘)。第
1表 各種硫酸濃度と(SiF3)20生成量原料Si
Rガス中の(SiF3)20ピーク比ム。
夕(1−T,/〆TO)839伽‐1ノ〃。夕(1‐T
ーノr。)2057化け1二〇,101′/〇,848
=〇,119本発明者らは、さらに以上の結果を基礎と
して反応系での硫酸濃度の影響を確認するため次のよう
な実験をおこなった。■95%硫酸中にSj02/日2
S04モル比が0.33になる様に酸化珪素原料を混合
懸濁させ無水弗酸をSi02に対して当量反応させ、反
応終了後の硫酸濃度を測定したところ85%であり、こ
の間に発生したSjF4中にはほとんどSiF3一○−
SiF3が存在しないことを見出した。■Si02と日
2S04のモル比が0.5になる様に混合したものに、
Si02に対して当量のHFを添加反応させた場合に発
生したSjF4ガスを液体N2温度のトラップ中に貯め
、これを気化させたガスをNaCIを窓板とする100
助長のセルで赤外吸収スペクトルをとりSiF3−0−
SiF3の微少なピークが存在することを確認した。こ
の時の最終硫酸濃度は80.3%であった。■90%日
2S04中にSj02/比S04モル比が0.7となる
様にSi02を添加し、無水弗酸と反応させた場合無水
弗酸の添加と共にSjF4が生成するが反応開始時と、
反応終了では発生ガス中のSiF3一○−SiF3の生
成量が非常に異なり、反応の進行につれて増加すること
を確認した。この場合の最終硫酸濃度は73%であった
。第2図はSi02/比S04モル比0.7、日2S0
4濃度90%の場合の反応開始時と終了時の生成ガスの
赤外吸収スペクトルを示したものである。
これらの結果からへキサフロロジシロキサンの生成は棚
式に依るものが圧倒的に多いことが判り、媒体硫酸濃度
は80%以上、好ましくは85%以上であることがへキ
サフロロジシロキサンを生成させない条件であることを
確認し、本発明に到達した。すなわち、本発明は結晶質
または非晶質の酸化珪素と弗化水素を硫酸を媒体として
接触反応させ四弗化珪素を製造するに際し、媒体硫酸濃
度が80%以上に維持されることを特徴とする高純度四
弗化珪素の製造法である。本発明においては、反応濃度
は特に限定されないが、反応を室温で行なった場合、無
水弗酸の添加と共に反応液温は上昇し、65〜70℃迄
上昇する。又圧力は特に重要ではないが出来る丈減圧に
ならない様に水銀柱2〜3肋のプラス氏下が良い。本発
明方法を実施する場合の具体的対応としては媒体硫酸濃
度を80%以下にしない様な方策を採ることが肝心であ
り、例えば聡%或はそれ以上の濃硫酸又は発煙硫酸を反
応の途中別途添加し硫酸濃度の低下を補うことも可能で
あり、又所定濃度の硫酸中にSiQを均一に分散懸濁さ
せたスラリーを連続的に反応器に導入し、同時に無水弗
酸、又は無水弗酸を所定濃度の硫酸に吸収させた混酸を
当量反応器に導入し連続的にSjF4を発生させ、かつ
媒体硫酸濃度を85%以上に一定に保つことも亦可能で
ある。
本発明で用い得る酸化珪素原料としては珪砂、石英、水
晶粉末等の結晶質の酸化珪素や、シリカゲル又はその粉
末、フェロシリコンダスト、或は化学工業製品の製造工
程中から副生する酸化珪素等の非晶質の酸化珪素が挙げ
られる。又発表原料としては弗化水素酸、無水弗化水素
「弗化水素ガス、がいづれも用い得るが、媒体硫酸濃度
を80%以上に維持するためには出来るだけ水分を含ま
ないものであることが望ましい。又取扱の面からも弗化
水素ガス又はこれを硫酸に吸収させた涙酸として用いる
ことは有利である。本発明を実施例により更に詳細に述
べる。実施例 1 内側をポリエチレンで被覆した内容積5その密閉型反応
器に95%日2S04600夕と結晶質の酸化珪素であ
るSi0299%を含む微粉砕蛙砂189夕を混合スラ
リーとした。
この時のSj02/日よ○4モル比は0.534である
。このスラリーを2仇pmで燈拝しつ)、98%日2S
Qで脱湿した空気を10Z′minの流量で約5時間反
応器を含めた反応系全体に流し、反応系内の空気と置換
した後、空気を止め、弗化水素ガスを40タ′Hrの割
合で反応器中に吹き込み反応を開始した。反応器内液温
は反応開始前20qCであり、反応開始と共に上昇を始
め1時間後には6ず0に達し以後はほゞ平衡状態を保っ
た。反応は6時間経線し、この間発生したガスは−15
0℃の耐圧冷却トラップ中に固体として橘集した。後に
このトラップを室温に保ち全量ガス化させ、これをNa
CI窓板を持つ100助長の気体セルに採取し日立製作
所製EPI−G21型赤外分光々度計を用いて赤外吸収
スペクトルを測定した結果へキサフロロジシロキサンの
839弧‐1の吸収ピークがSiF4の2057肌‐1
の吸収ピークに対し0.0頚屋度の高純度のSiF4ガ
スであることを確認した。この条件での反応器中の最終
硫酸濃度は81%であった。実施例 2 結晶質の酸化珪素であるSj02純度99.8%の水晶
粉末200夕を95%日よ○41000汐rに添加混合
したスラリーを内容積8その密閉型反応器に入れ外部よ
り加熱して液温60ooに保ちつ)麓梓を行なうと共に
反応系全体をN2ガスで置換した後、弗化水素ガスを6
0夕/Hrの割合で該スラリー中に導入し反応を開始し
た。
弗化水素ガスの添加開始と共に液温が上昇するため外部
より冷却し反応温度を70〜8000の範囲に抑えなが
ら5時間反応をつゞけこの間発生したガスを全量液体窒
素で冷却した耐圧トラップ中に貯えた後、トラップを徐
々に昇温させトラップ中の固体SiF4を全量ガス化さ
せた後このガスの赤外吸収スペクトルよりSiF4の2
057伽‐1と(SiF3)20の839伽‐1の吸収
比をとると0.04であり、(SiF3)20の極めて
少ないSiF4ガスであることを確認した。この時の反
応器の最終日2S04濃度は85%であった。実施例
3 90%日夕04 100重量部中にNaぶiF6よりN
a3AIF6を製造する過程で創生する非晶質の徴粉末
達酸2の重量部(Si02成分93%)を懸濁させたス
ラリーとHF:日よ○4:日20重量比が28.6:6
7.8:3.6から成る硫酸−発酸濠酸をスラリ−と混
酸の重量比が1:0.75の割合で内側をポリエチレン
で覆った内容積3その密閉型反応器に連続的に注入し渡
洋反応させると共に反応終了液を反応器底部より取り除
き同時に連続的にSip4ガスを発生させることにより
反応系中の媒体硫酸濃度を85〜87%の範囲に維持さ
せた。
この発生ガスを98%日2S04洗浄トラップを通し未
反応のHFを吸収除去した後耐圧容器中に圧縮充填した
後、NaCI窓板を有する100助長の気体セルで日立
製作所EPI−G21型赤外分光々度計で赤外吸収スペ
クトルを測定した結果へキサフロロジシロキサンの83
9肌‐1の吸収は極めて小さく、高純度SiF4ガスで
あることを確認した。
【図面の簡単な説明】
添付の図面のうち第1図はSiF4の2057弧‐1の
赤外吸収ピークとSiF3−○−SiF3の839伽‐
1の赤外吸収ピークの比の変化と硫酸濃度との関係を示
すグラフであり、第2図はSi02/日2SQモル比0
.7、日2S04濃度90%の場合の反応開始時と終了
時の生成ガスの赤外吸収スペクトルを示す。 オ1図氷2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 酸化珪素と弗化水素を硫酸を媒体として接触反応さ
    せ四弗化珪素を製造するに際し、媒体硫酸濃度を80%
    以上に維持することを特徴とする高純度四弗化珪素の製
    造法。
JP2011381A 1980-07-02 1981-02-16 高純度四弗化珪素の製造法 Expired JPS604125B2 (ja)

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GB8119767A GB2079262B (en) 1980-07-02 1981-06-26 Process of preparing silicon tetrafluoride by using hydrogen fluoride gas
DE3125989A DE3125989C2 (de) 1980-07-02 1981-07-01 Verfahren zur Herstellung von Siliziumtetrafluorid unter Benutzung von gasförmigem Fluorwasserstoff
FR8112956A FR2488238B1 (fr) 1980-07-02 1981-07-01 Procede de preparation de tetrafluorure de silicium en utilisant du fluorure d'hydrogene gazeux
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