[发明专利]用于生产高纯六氟化钨的方法和设备

说明书

发明领域

本发明涉及用于生产高纯六氟化钨(WF₆)的适用新方法和设备，更具体地涉及 使用含碳材料从WF₆去除杂质。本发明还涉及用于WF₆纯化中的活化的含碳材料以 及制造活化的含碳材料的方法。

技术背景

六氟化钨(WF₆)是用于生产超大规模集成(VLSI)半导体器件、尤其是动态随机 存取存储器(DRAM)和高性能微处理器的合适试剂。WF₆通常用于化学气相沉积(CVD) 和原子层沉积(ALD)单元操作用，以生产钨接触插头和硅化钨电极，另外，WF₆与铝 反应，并可用于生产用于半导体电路的三氟化铝接线塔。用于这些目的的WF₆气体 必须非常纯净并且不含污染物，以避免沉积层出问题。具体地说，用于这些应用的 典型最高气态杂质水平是1ppm(百万分之一)N₂、1ppm O₂+Ar、0.5ppm CO、1ppm CO₂、0.5ppm SiF₄、0.5ppm SF₆、1ppm CF₄和10ppm HF。电子工业要求的典型 最高液相杂质是10ppb(十亿分之一)Al、10ppb As、10ppb B、16ppb Ca、2ppb Cd、10ppb Cr、20ppb Cu、10ppb Fe、10ppb K、10ppb Mn、10ppb Na、10ppb Mg、25ppb Mo、100ppb Ni、0.05ppb U和0.05ppb Th。

WF₆气体通常通过气态F₂与高纯钨粉在大于约350℃的温度反应而产生。高反 应热(约-1721.72KJ/Gm Mole)的结果是，气态氟进料通常被例如再循环的WF₆产 物(参见美国专利5328668和5348723)或氮所稀释。使用再循环的WF₆要求复杂的 气体再循环系统，而使用氮要求随后从氮稀释物分离WF₆产物。去除高挥发性杂质 的现有技术方法一般使用冷凝器装置，其中冷凝器温度必须明显低于WF₆凝固点， 从而必须通过凝华作用周期性地从冷却表面去除冷冻的WF₆(参见美国专利 5324498)。这就要求周期性地中断进料气体以及额外的装置来加热容器壁并回收冷 冻的WF₆产物。这种操作的另一个缺点是，WF₆颗粒中的相当一部分非常小，不容易 在冷却表面上收集，从而降低产率。

由于钨金属原料中含有杂质，所以产物WF₆将包含杂质。虽然可以通过纯化钨 金属原料来降低WF₆产物中的杂质水平，但是不可避免存在一定水平的杂质，最终 存在于WF₆产物之中。因此，WF₆将要求进一步纯化以符合上述要求的规格。关于纯 化WF₆有许多建议，主要分成两类；吸附技术(关于MoF₆去除的可参见美国专利 5234679和美国公开申请2003/0091498；关于CrO₂F₂去除的可参见俄罗斯专利SU 1787937；关于HF去除的可参见日本专利JP 2124723；关于Cr化合物去除的可参 见日本专利JP 11-180716)和蒸馏技术(参见欧洲专利1070680)。但是，这些现有 技术都不能提供对所有杂质的充分去除，尤其是对于钼和铬杂质。已经证明蒸馏技 术是不够的，因为WF₆和钼与铬化合物杂质的熔点和沸点都很接近。另外，现有技 术的吸附建议不能满足电子工业所需的要求。

近来，现有技术探索了含碳材料的生产(参见美国专利申请2004/0084793；和 美国专利3674432)以及将这些材料用于对氟化化合物的纯化(参见美国专利 6955707)。但是，这些现有技术都不能纯化WF₆。

本领域中仍然需要对纯化WF₆气体进行改进，尤其是用于电子或半导体工业 中，特别是用于去除钼和铬杂质。本领域中还需要适用于纯化WF₆气体的含碳材料。

发明概述