專利名稱：破壞殘留氣中氫化物的方法及所用催化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于破壞殘留氣如在外延爐或CVD氣相化學沉積容器中產(chǎn)生的氣體中的氫化物的方法的。該法是使殘留氣與含有反應劑和和反應促進劑的固體氧化催化劑接觸。
像硅烷、磷化氫、胂、乙硼烷這樣的揮發(fā)性氫化物是現(xiàn)在大量用于電子工業(yè)的化學氣體。例如在VLST型集成電路生產(chǎn)的各步驟中，將硅烷作為一種硅源，應用于電子工業(yè)中。在外延爐或CVD容器中的化學反應總是不完全的，常常在反應器出口處發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的、具有危害性的反應氣體。
由日本專利申請NO.61-90726可知，處理含硅化合物的殘氣的方法是使該氣體以10-20，000hr-1，最好50-10，000hr-1的比氣速，通過由氧化銅和/或氧化鋅組成的固體相。
用該專利申請擇優(yōu)提到的幾種組合物進行的各種試驗表明，這些組合物破壞上述混合氣的能力相當?shù)?。確實，根據(jù)該專利申請，其破壞程度為，比粘度約860hr-1時每Kg催化劑破壞60-70升硅烷。若將比粘度降低到10-100hr-1，預計1kg催化劑的破壞能力應有所增加。但所提到的結(jié)果表明，當混合物的比粘度減少時，該60-70l/kg的破壞能力不但沒有被保持住，反面大大降低了。這使人們對現(xiàn)有技術催化劑很不感興趣。
本發(fā)明的目的是提供一種利用固體催化劑破壞殘留氣中氫化物的方法。與此類型的已知催化劑相比，明顯改進了其破壞能力。
本發(fā)明方法的特征是上述固體催化劑含有10-50wt%氧化銅CuO反應劑和50-90wt%二氧化錳MnO2反應促進劑，使殘留氣中的氫化物吸附在催化劑表面，在反應促進劑作用下與反應劑反應生成惰性氧化物。使通過催化劑的殘留氣流量與催化劑的用量相適應，以使殘留氣中所有的氫化物基本上氧化。
固體催化劑最好含有10-30wt%的CuO和70-90wt%的MnO2，此外，還可含有相對總重量計直到30%的、選自Al2O3、ZnO、SiO2、Cr2O3、MnCO3和它們的混合物的另一種成份。
除了待破壞氫化物外，殘留氣中一般還含有氫和一種惰性氣體，最好是選自氮、氬、氦等的惰性氣體?；旌蠚獾谋葰馑僖话銥?-1000hr-1，最好為10-600hr-1。一般觀察到破壞氫化物的氧化溫度應保持在低于500℃，最好低于100℃。
當惰性氣體為氫時，氧化溫度最好保持在低于70℃。在某些情況下，也可能希望將該溫度保持在低于室溫。這時，在裝有氧化催化劑的催化床周圍，利用冷卻流體進行冷卻。
此催化床最好裝在管式密封容器內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的一個特征，該密封容器內(nèi)有多個管子，管內(nèi)填滿氧化催化劑，并排安裝在該容器內(nèi)。
如果需要冷卻催化劑，以將溫度保持在預定值，尤其是如果要使溫度保持在低于或接近室溫時，可使冷卻流體如水、油、低溫液體、冷氣等等在管子之間循環(huán)。
實踐中觀察到該密封容器應由1-30個管，最好10-20個管彼此并排，相互平行安裝，以達到最好效果。本發(fā)明也是關于利用氧化破壞氫化物的催化劑，其特征為該催化劑含有10-50wt%氧化銅CuO和50-90wt%二氧化錳MnO2。
催化劑最好含有10-30wt%的CuO和70-90wt%的MnO2，也可另外含有直到30wt%的、選自Al2O3、ZnO、SiO2、Cr2O3和/或MnCO3的一種成份。
出乎意料是，上面提供的固體催化劑能在比氣速小于或等于60hr-1時，以30-60升/公斤的破壞能力，去除殘留氣中的氫化物。
借助下述非限定性實例，并結(jié)合附圖，可更好地理解本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明實現(xiàn)去除氫化物方法的裝置示意圖。
圖2為實現(xiàn)本發(fā)明方法的擇優(yōu)氧化密封容器的剖視圖。
圖1中，一個外延反應器或CVD密封容器(需要的話)通過泵3，由管道2與完成本發(fā)明方法的密封容器的下方入口連接。在此密封容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體通過管道7排出。密封容器4可含有反混合劑5，其上為催化劑床6，其中裝有適量CuO和MnO2的混合物，該混合物中隨意加有選自Al2O、ZnO、SiO2、Cr2O3、MnCO3的一種成份。
圖2是一擇優(yōu)密封容器，如圖1中的密封容器4的剖視圖。該容器能實現(xiàn)本發(fā)明方法，尤其是在需要通過冷卻方式將溫度維持在接近或低于室溫的情況下。該密封容器包括一進氣口和一出氣口17、18(或反之也可)，各與封蓋15、16構成一個整體，安裝在殼體31上。殼體內(nèi)裝有多個管道19、20、21、22、23，管內(nèi)填裝催化床組份24，組份要裝滿到管子兩端，并用適宜部件封住兩端。管封之間，由空間25、26、27、28、29、30分成多個空腔，每個空腔的大小取決于系統(tǒng)的預定效率和必要時，在空腔25、26、27、28、29、30內(nèi)循環(huán)的冷卻流體的冷卻效率。
流體循環(huán)最好從下方入口32流向上方出口33(逆流循環(huán))。
實例1-8下面實例1-8是比較例，是在同一條件下完成的，全部參數(shù)都一樣。按照下表變動催化劑組成，但保持催化劑用量相同。
對于實例1-6的催化劑，經(jīng)管2，從密封容器4下方入口送入含有10%硅烷SiH4和90%氮氣的混合氣，比氣速為30hr-1，密封容器4的柱直徑為4Cm，有效高度17Cm。
在實例7中，殘留氣由3%硅烷SiH4和97%氮組成，比氣速為34hr-1，將殘留氣輸入到直徑8Cm，有效高度15Cm的柱內(nèi)。
在實例8中，殘留氣由5%硅烷和95%氮組成，比氣速為170hr-1，將殘留氣輸入到直徑3Cm，有效高度10Cm的柱內(nèi)。
表1列出各種具體組成的催化劑。表2列出觀察到的催化床內(nèi)的最高溫度和這些催化劑的破壞能力。
如表2所示，用反應劑1、2和4(按現(xiàn)有技術)得到的結(jié)果不好，與從上述日本專利申請預期的結(jié)果相反。反應劑3和6對硅烷無破壞作用。
另一方面，本發(fā)明的反應劑5和7的破壞能力，至少比以上現(xiàn)有技術實例1、2和4中反應劑的破壞能力高10倍。
實例8表明，在例5和7的條件下，由于CuO/MnO2之比太高，比氣速太快，反應劑8的破壞能力明顯低于該兩例中反應劑的破壞能力。
上述各例中，硅烷破壞后得到的惰性氧化物基本上是二氧化硅。在磷化氫和胂的情況下，氧化物質(zhì)基本上分別是P2O5和。AS2O3表1試劑組成(催化劑)(按重量計)1 CuO 31%，Al2O32%，ZnO 67%2 CuO 33%，ZnO 67%3 CuO 68%，SiO232%4 CuO 38%，Cr2O337%，MnO22%，SiO223%5 CuO 22%，MnO278%6 CuO 28%，Mn2O372%7 CuO 13%，MnO257%，CO3Mn30%8 CuO 41%，MnO217%，SiO228%，Carbonate14%
表2試劑密度催化床最高溫度破壞能力(催化劑)11.3g/ml64℃3.78l/kg21.16g/ml52℃4.24l/kg31.2g/ml-無破壞性41.49g/ml44℃3.65l/kg50.89g/ml88℃53.02l/kg60.9g/ml-無破壞性71.18g/ml42℃41.0l/kg80.9g/ml60℃12.6l/kg
權利要求
1.破壞殘留氣如在外延爐和CVD氣相化學沉積密封容器內(nèi)產(chǎn)生的氣體中氫化物的方法，其中使殘留氣與含有反應劑和反應促進劑的固體氧化催化劑接觸，然后將基本上破壞掉氫化物的殘留氣排入大氣，其特征在于上述固體催化劑含有10-50wt%的反應劑氧化銅CuO和50-90wt%的反應促進劑二氧化錳MnO2，殘留氣中的氫化物吸附在催化劑表面，在反應促進劑作用下與反應劑反應，生成惰性氧化物質(zhì)，流過催化劑的殘留氣流量與催化劑用量相適應，以將殘留氣中的所有氫化物基本上氧化。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其特征在于，所說的固體催化劑含有10-30wt%CuO和70-90wt%MnO2。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其特征在于，氧化催化劑中另外含有直到30%(以總重量計)的、選自AL2O3、ZnO、SiO2、Cr2O3、MnCO3的一種成份。
4.根據(jù)權利要求1-3之一的方法，其特征在于，殘留氣中含有選自氫和惰性氣體的一種氣體及待破壞的氫化物。
5.根據(jù)權利要求4的方法，其特征在于，惰性氣體可選自氮、氬、和氦氣。
6.根據(jù)權利要求1-5之一的方法，其中催化劑形成特征在于氧化溫度保持低于150℃，最好低于100℃的催化床。
7.根據(jù)權利要求1-6的方法，其特征在于，當惰性氣體是氫時，氧化溫度維持在基本上不高于室溫。
8.根據(jù)權利要求6或7的方法，其特征在于，在催化床周圍提供冷卻流體，以將氧化溫度維持在預定值以下。
9.根據(jù)權利要求1-8之一的方法，其特征在于，由氧化催化劑構成的催化床安裝在最好是管狀的密封容器內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求9的方法，其特征在于，密封容器內(nèi)有多個填滿氧化催化劑的、并排安裝的管子。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于，在管與管之間提供空間，以使冷卻流體如水、油、低溫液體、和/或冷氣可在其中循環(huán)流動。
12.根據(jù)權利要求10或11的方法，其特征在于，密封容器內(nèi)有1-30個，最好10-20個彼此平行安裝的管子。
13.利用氧化反應破壞氫化物的催化劑，其特征在于，該催化劑含有10-50wt%的CuO和50-90wt%的MnO2。
14.根據(jù)權利要求13的催化劑，其特征在于，該催化劑含有10-30wt%CuO和70-90wt%MnO2。
15.根據(jù)權利要求13或14的催化劑，其特征在于該催化劑另外含有直到30wt%的，選自AL2O3、ZnO、SiO2、Cr2O3、MnCO3的一種成份。
全文摘要
本發(fā)明是關于破壞毒性流體的方法。用該法可去除從外延爐或CVD氣相沉積容器中產(chǎn)生的殘留氣中的硅烷、磷化氫、胂等氫化物。該法包括使這些化合物與含有反應劑如氧化銅和反應促進劑如二氧化錳的固體氧化催化劑接觸，揮發(fā)性氫化物先吸附在催化劑表面，然后在促進劑作用下與反應劑反應，生成隋性物質(zhì)。為此，含氫化物的流體應以小于或等于60hr
文檔編號B01D53/86GK1040514SQ89102510
公開日1990年3月21日 申請日期1989年3月30日 優(yōu)先權日1988年3月30日
發(fā)明者簡馬克·西雷索爾 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司