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六氟乙烷的制备及纯化方法概述

杜汉盛【摘要】六氟乙烷主要用作集成电路的蚀刻气体和清洗气体，介绍了几种六氟乙烷的制备方法和纯化方法.

【期刊名称】《低温与特气》【年(卷)，期】2013(031)003【总页数】4页(P1-4)【关键词】六氟乙烷;制备;纯化;HFCs;含氯化合物【作者】杜汉盛【作者单位】佛山市华特气体有限公司，广东佛山528241

【正文语种】中文

【中图分类】F426.72

六氟乙烷在半导体与微电子工业中用作等离子蚀刻气体、器件表面清洗剂，还可用于光纤生产与低温制冷。因其具有无毒无臭、高稳定性而被广泛应用在半导体制造过程中，例如作为蚀刻剂(DryEtch)、化学气相沉积(CVD，ChemicalVaporDeposition)后的清洗气体，在等离子工艺中作为二氧化硅和磷硅玻璃的干蚀气体。近年来，随着半导体行业的迅猛发展，对电子特气的纯度要求越来越高，而六氟乙烷由于具有边缘侧向侵蚀现象极微、高蚀刻率及高精确性的优点，解决了常规湿法腐蚀不能满足0.18~0.25pm的深亚微米集成电路高精度细线蚀刻的问题，可以极好地满足此类线宽较小的制程的要求。在以SiH4为基础的各种CVD制程中，六氟乙烷作为清洗气体，与甲烷相比具有排放性低、气体利用率高、反应室清洁率和设备产出率高等特点。高纯六氟乙烷是超大规模集成电路所必需的介质，对半导体行业的发展起着重要的作用［1］。

1六氟乙烷的制备方法

目前六氟乙烷的制备有多种工艺路线方法，主要包括：电化学氟化法、热解法、金属氟化物氟化法、氟化氢催化氟化法、直接氟化法。

1.1电化学氟化法

乙炔、乙烯或乙烷在电解条件下氟化。

1.2热解法

通过四氟乙烯和CO2之间的热分解反应制备。

1.3金属氟化物氟化法

如乙炔、乙烯和乙烷与金属氟化物(CoF3,MnF3,AgF2)进行反应。

罗斗灿等公开了一种由氟乙^(C2FxHy，其中1x,1y5,x+y=6)制备高纯度全氟乙烷的方法。作为催化剂的二氟化钻(CoF2)与氟气接触反应，活化成三氟化钻(CoF3),剩余的氟气与硫反应，生成六氟化硫，然后排出。活化的三氟化钻(CoF3)后与氟乙烷在300~350°C下反应制备六氟乙烷。如使用HFC-125作为反应物制备六氟乙烷时，产品气中六氟乙烷含量为99.9%以上，几乎没有形成CF4,其它杂质含量为0.1%，反应式如下：

与含有三键的化合物如乙炔相比，该原料更安全且腐蚀性更小。该方法几乎不发生C-C键的断裂，有效地防止了CF4副产物的产生，可以高的转化率得到高纯度的六氟乙烷［2］。

1.4氟化氢催化氟化法

催化剂存在下氟化全卤代乙烷化合物（C2FxCly）。

明文勇等公开了一种以生产五氟乙烷过程中产生的副产物（含50%~80%五氟一氯乙烷和20%~50%五氟乙烷）与氯气为原料，光化法生成五氟一氯乙烷，制得的五氟一氯乙烷与氟化氢通过液相氟化锑催化制备六氟乙烷的方法，反应式如下：

其中，五氟一氯乙烷与氟化氢的摩尔比为1:2，在温度50OC、反应压力3MPa下接触时间为30s，所得产品中六氟乙烷的含量为63.72%，五氟一氯乙烷为30.81%，五氟乙烷为5.47%。该法反应易控制，反应温度低，可有效处理五氟乙烷生产过程中产生的副产物，降低生产成本［3］。

1.5直接氟化法

如活性炭、乙炔、乙烷和五氟乙烷等气体直接与氟气反应。

1.5.1活性炭直接氟化

六氟乙烷以副产物的形式存在，收率低，并含有大量的其他氟碳化合物杂质，分离困难。

1.5.2乙炔/乙烷的直接氟化

该反应存在反应放热量大、腐蚀设备、导致爆炸、易造成C-C键断裂、生成率低等问题。在使用氟气的直接氟化法中会发生因长期反应过程中C-C键断裂等造成的炭的生产和积聚，而炭的生成和积聚会导致与氟气发生快速反应或爆炸的危险。1.5.3氟乙烷的直接氟化

为了解决直接氟化反应氟气用量多、放热量大等问题，HiromotoOhn。介绍了一种用浓度不超过6%的含有2个碳原子的氢氟碳化合物（C2HxFy，其中1x5和1y5,x+y=6）与氟气在稀释气存在下、250~500C反应制备六氟乙烷的方法，其中稀释气包括CF4、C2F6、C3F8和HF中的至少一种。如以1,1,1,2-四氟乙烷和五氟乙烷为原料进行反应：反应放热量仅为由乙炔直接氟化的放热量的1/3和1/6，1，1，1，2-四氟乙烷由于活性更大、产品纯度＞99.9%，并且几乎不含含氯化合物，更适合用于制备C2F6。相反，五氟乙烷中的含氯化合物较多，特别是其中的五氟一氯乙烷(CF3CCIF2)易与五氟乙烷形成共沸混合物，即使通过精馏及其它纯化操作CF3CCIF2含量也有几百到几千ppm，并且CF3C