[发明专利]将氟化氢送入电解池中的方法

说明书

本发明要求在2011年12月22日提交的欧洲专利申请号11195430.1的权益，出于所有的目的将该申请的全部内容通过引用结合在此。

本发明涉及一种将氟化氢作为进料材料供应到用于电解产生单质氟的一种电解池(电解器)的改进的方法。特别地，这种单质氟旨在用于在一种用于制造电子器件的方法中的供应(递送)。

氟化氢值得注意地作为化学制造工艺如通过分子氟(F₂)的电解的制造的进料材料是有用的，例如作为半导体工业中的室清洁气体是有用的、并且用于制造其他氟化的化学物如氟化烃类。

单质氟(F₂)不具有GWP(全球变暖潜势)并且对臭氧层没有影响。单质氟作为氟化剂是有用的，例如用于制造在表面上被氟化的聚合物、用于制造尤其用于Li离子电池的氟化溶剂、作为用于制造电子器件的室清洁剂以及蚀刻剂，这些电子器件尤其是半导体、光伏电池、微机电系统(“MEMS”)、TFT(用于平板显示器或液晶显示器的薄膜晶体管)等。

关于作为用于制造电子器件(尤其是半导体、光伏电池、MEMS以及TFT)的蚀刻剂的用途，沉积多个层以及对它们的一部分进行蚀刻的几个连续步骤是必需的。氟可以用于蚀刻由非常不同的结构所构成的多个层，例如用于蚀刻含有硅的层或具有会形成挥发性反应产物如钨的化合物的其他层。蚀刻可以热致地或等离子体辅助地进行。

关于用于室清洁的用途，通常地，在处理室-通常是CVD室(通过化学气相沉积例如等离子体增强的CVD、金属有机CVD或低压CVD将层沉积在物品上的室)中进行的沉积过程中，所不希望的沉积物形成在该室的壁上以及内部构造部件上并且必须定期地进行去除。这通过使用单质氟作为室清洁剂来热致地或等离子体增强地处理这些沉积物来实现。

尤其是对于使用单质氟作为蚀刻剂、并且还有在用作室清洁剂时，令人希望的是单质氟是非常纯的。认为水、二氧化碳、氮气和氧气的侵入是不希望的。

单质氟可以通过不同的方法生产，但是经常通过如以上已经提及的由作为电解进料材料以及单质氟来源的氟化氢(HF)的电解来生产。在一种电解质盐的存在下，如果施加至少2.9V的电压，则HF就释放出氟。实际上，该电压通常被保持在8至11伏特的范围内。

典型地，一种通常具有化学式KF·(1.8-2.3)HF的、KF的熔融HF加合物是优选的电解质盐。将HF送入容纳有该熔融的电解质盐的反应器中，并且通过施加一个电压并且使电流通过该熔融的盐而依照等式(1)由HF电解地形成了F₂：

2HF→H₂+F₂     (1)

在通过电解制造(或任何其他的方法)制造氟之后，可以将它储存在加压气缸中并且运输到使用地点。在对F₂有更高要求的设备中，优选的是直接现场地或者“场外(over the fence)”生产F₂。

WO 2004/009873披露了用于通过电解氟化氢生产氟的装置和方法。该氟是在一个氟发生盒中由HF通过电解生产的。该氟可以用在电子器件的制造中，例如用在TFT的生产中。

该装置包括：多个单独的氟发生盒；所述单独的氟发生盒可操作地连接到用于所述氟气体的远程使用和消耗的一个氟气体分配系统上；所述氟发生盒单独地与所述气体分配系统隔离并且可从该装置中移除用于远程维护。根据对比文件WO 2004/009873液态氟化氢的供应被保持在一个罐中。一个氟化氢蒸发器将该罐中的液态氟化氢进行蒸发，并且将它供应到这些氟发生盒中以便保持由前述的KF的熔融HF加合物组成的电解质的浓度不变。

在电解以及单质氟形成的过程中，对应量的氟化氢(HF)被消耗。因此，为了氟的连续形成，新鲜的HF必须不时地被送入到该电解池中，以便将作为氟的来源的可用HF的水平保持在一定的范围内，在该范围内可以进行电解以便产生具有可接受的纯度的氟。正常地，例如，就一种KF的熔融HF加合物的优选的电解质盐而言，HF的范围通常是根据该化学式KF·(1.8-2.3)HF来变化的。在现有技术水平下，相当常见的是在短的间隔中送入大量HF，例如以达到大约80kg/h HF的进料量或每间隔甚至更高的HF进料量运行该电解池。