Un proceso para purificar bromuro de hidrógeno que comprende las etapas de:

(a) alimentar con bromuro de hidrógeno un baño de enfriamiento para producir un bromuro de hidrógeno que fluye que está por encima de la temperatura de congelación y por debajo de la temperatura de agua con hielo;

(b) alimentar con dicho bromuro de hidrógeno de la etapa (a) un primer separador adsorbente para eliminar de forma eficaz la humedad y cualquier bromo libre;

(c) alimentar con dicho bromuro de hidrógeno de la etapa (b) un tamiz molecular para separar de forma eficaz cualquier dióxido de carbono y cloruro de hidrógeno sin eliminar el bromuro de hidrógeno; y

(d) alimentar con dicho bromuro de hidrógeno de la etapa (c) un segundo separador adsorbente para eliminar de forma eficaz cualquier humedad restante y metales traza para producir bromuro de hidrógeno purificado

Un proceso y aparato para purificar bromuro de hidrógeno.

Campo de la invención

Esta invención está dirigida a un proceso y a un aparato para purificar bromuro de hidrógeno separando impurezas y metales traza.

Antecedentes de la invención

El bromuro de hidrógeno tiene un amplio intervalo de aplicaciones debido a su capacidad para actuar como catalizador y/o reactivo. Una aplicación importante reciente en la fabricación de semiconductores es su uso como grabador. Generalmente, las impurezas principales en el bromuro de hidrógeno son oxígeno, nitrógeno, monóxido de carbono, metano, hidrógeno, humedad, dióxido de carbono, cloruro de hidrógeno y metales traza, tales como hierro. Para la realización de un grabado en la fabricación de semiconductores, generalmente es necesario tener un bromuro de hidrógeno altamente puro. Así, son preferibles niveles de pureza del 99,999% para lograr el control del atacante en la fabricación de componentes semiconductores.

En la tabla de más abajo la columna del 99,999% muestra los niveles de impureza de bromuro de hidrógeno preferidos para uso en procesos de semiconductores.

Se conocen varias técnicas anteriores que se refieren al bromuro de hidrógeno, pero ninguna de ellas enseña o sugiere la presente invención.

La Patente de EE.UU. Nº 5.316.616 describe un proceso de grabado en seco de un material tal como silicio o siliciuros policristalinos con bromuro de hidrógeno o bromo. El grabado en plasma con bromuro de hidrógeno o bromo como gas de grabado permite un control preciso de lograr grabado vertical o grabado lateral con un ángulo lateral deseado al controlar la temperatura de la masa que se va a grabar, tal masa es un disco semiconductor de silicio policristalino del tipo n dopado con fósforo, sólo cristalino dopado con fósforo o de silicios dopados con fósforo.

La Patente de EE.UU. Nº 5.685.169 describe un método y un aparato para preparar bromuro de hidrógeno de alta pureza. El material de partida, bromuro de hidrógeno, contiene impurezas que tienen puntos de ebullición bajos, es suministrado a un espacio intermedio. Mientras la fase gaseosa del bromuro de hidrógeno de partida se deja ascender a través de una sección de rectificación superior, se pone en contacto con una primera disolución de reflujo que fluye en dirección inversa. El gas no condensado almacenado en un espacio superior es enfriado y parcialmente condensado. El líquido condensado se deja fluir a través de una sección de rectificación superior como primera disolución de reflujo. La fase líquida del bromuro de hidrógeno de partida se mezcla con la primera disolución de reflujo en el espacio intermedio y sirve como segunda disolución de reflujo. El líquido almacenado en un espacio inferior se calienta y evapora parcialmente. El líquido almacenado en el espacio inferior es suministrado como bromuro de hidrógeno de alta pureza. El gas no condensado almacenado en el espacio superior se descarga fuera.

La Patente de EE.UU. Nº 4.925.646 describe un proceso para secar un haluro de hidrógeno gaseoso para separar impureza de agua del mismo, en el que se proporciona una composición precursora atrapadora, que incluye un soporte que tiene asociado a éste compuestos alquil-metal parcial o totalmente alquilados o grupos colgantes. La composición precursora se hace reaccionar con haluro de hidrógeno gaseoso para convertir los compuestos de alquil-metal y/o los grupos funcionales colgantes en los correspondientes compuestos de haluro metálico y/o grupos funcionales colgantes, que reaccionan con la impureza del agua para producir un efluente de haluro de hidrógeno gaseoso esencialmente exento completamente de agua (por debajo de 0,1 ppm).

La Patente de EE.UU. Nº 4.853.148 describe un proceso para secar un haluro de hidrógeno gaseoso para eliminar impurezas de agua del mismo. El resto atrapador activo se selecciona de uno o más miembros del grupo que consiste en (i) compuestos de haluro metálico dispersados en el soporte, de fórmula MX_y; y (ii) grupos funcionales colgantes de haluro metálico de fórmula -MX_y-1 unidos covalentemente al soporte, donde M es un metal y-valente, e y es un número entero cuyo valor es de 1 a 3. Los compuestos parcial o totalmente alquilados correspondientes y/o los grupos funcionales colgantes, de los compuestos de haluro metálico y/o los grupos funcionales de (a); donde los compuestos alquilados y/o los grupos funcionales colgantes, cuando están presentes, reaccionan con el haluro de hidrógeno gaseoso para formar los correspondientes compuestos de haluro y/o grupos funcionales colgantes de (a); y M se selecciona de forma que el calor de formación, ?H_f de su haluro hidratado, MX_y(H₂O)_n, está gobernado por la relación ?H_f =q nX 10,1 kilocalorías/mol de tal compuesto de haluro hidratado,

donde n es el número de moléculas de agua unidas al haluro metálico en el hidrato de haluro metálico.

La Patente de EE.UU. Nº 4.119.413 describe un método para recuperar gas de bromuro de hidrógeno a partir de una corriente gaseosa con un absorbente de bromuro de hidrógeno no acuoso que contiene ácido acético para absorber al menos una porción del bromuro de hidrógeno. El bromuro de hidrógeno que contiene absorbente se calienta después para desorber al menos una porción del bromuro de hidrógeno.

La Patente de EE.UU. Nº 6.110.258 describe un proceso para secar bromuro de hidrógeno gaseoso usando una zeolita.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para purificar bromuro de hidrógeno que comprende varias etapas en las que la secuencia de las etapas produce un bromuro de hidrógeno altamente purificado.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un proceso para purificar bromuro de hidrógeno que comprende varias etapas en las que una etapa implica la eliminación de dos ácidos, dióxido de carbono y cloruro de hidrógeno, del bromuro de hidrógeno, que es otro ácido.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un proceso económico y de bajo coste para purificar bromuro de hidrógeno, que no usa el enfoque de columnas de destilación convencional.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un aparato para purificar bromuro de hidrógeno.

Compendio de la invención

La invención se refiere a un proceso para purificar bromuro de hidrógeno que comprende las etapas de (a) alimentar con bromuro de hidrógeno un baño de enfriamiento para producir un bromuro de hidrógeno que fluye que está por encima de su temperatura de congelación y por debajo de su temperatura de agua con hielo; (b) alimentar con el bromuro de hidrógeno de la etapa (a) un primer separador adsorbente, tal como un separador de arena, para eliminar de forma eficaz la humedad y cualquier bromo libre; (c) alimentar con el bromuro de hidrógeno de la etapa (b) un tamiz molecular para eliminar de forma eficaz cualquier dióxido de carbono y cloruro de hidrógeno sin eliminar el bromuro de hidrógeno; y (d) alimentar con el bromuro de hidrógeno de la etapa (c) un segundo separador adsorbente, tal como un separador de gel de sílice, para eliminar de forma eficaz cualquier humedad restante y metales traza para producir bromuro de hidrógeno que tiene una pureza por encima de aproximadamente 99,9% y preferiblemente por encima de aproximadamente 99,999%. El bromuro de hidrógeno purificado de la etapa (d) se podría filtrar adicionalmente usando un filtro de 0,01 micrómetros para separar cualquier partícula que pueda haber sido transportada desde los separadores adsorbentes y cualquier metal traza que pueda estar en forma de sólido. El bromuro de hidrógeno purificado se puede acumular después en un matraz que se coloca en un baño que está a una temperatura entre aproximadamente -75ºC y -196ºC, preferiblemente entre aproximadamente -75ºC y -85ºC, y lo más preferiblemente aproximadamente -78ºC. La temperatura del baño de enfriamiento de la etapa (a) puede estar entre aproximadamente 0ºC y -86,9ºC, preferiblemente entre aproximadamente -10ºC y -50ºC, y lo más preferiblemente aproximadamente -25ºC.

Generalmente, los cilindros de bromuro de hidrógeno típicamente se cargan a una densidad máxima de llenado de 135%. Esta densidad de llenado se calcula dividiendo la masa del producto en el cilindro por la masa de agua que el cilindro podría contener cuando se llenara completamente. Por consiguiente, un...

1. Un proceso para purificar bromuro de hidrógeno que comprende las etapas de:

(a) alimentar con bromuro de hidrógeno un baño de enfriamiento para producir un bromuro de hidrógeno que fluye que está por encima de la temperatura de congelación y por debajo de la temperatura de agua con hielo;

(b) alimentar con dicho bromuro de hidrógeno de la etapa (a) un primer separador adsorbente para eliminar de forma eficaz la humedad y cualquier bromo libre;

(c) alimentar con dicho bromuro de hidrógeno de la etapa (b) un tamiz molecular para separar de forma eficaz cualquier dióxido de carbono y cloruro de hidrógeno sin eliminar el bromuro de hidrógeno; y

(d) alimentar con dicho bromuro de hidrógeno de la etapa (c) un segundo separador adsorbente para eliminar de forma eficaz cualquier humedad restante y metales traza para producir bromuro de hidrógeno purificado.

2. El proceso de la reivindicación 1, que además comprende las etapas de:

(e) filtrar el bromuro de hidrógeno de la etapa (d) para eliminar partículas que puedan haber sido transportadas desde los separadores adsorbentes y cualesquiera metales traza que puedan estar en forma de sólidos para producir bromuro de hidrógeno que tiene una pureza por encima y aproximadamente 99,9%; y

(f) acumular dicho bromuro de hidrógeno purificado dentro de un cilindro en un baño de recuperación que tiene una temperatura entre aproximadamente -75ºC y aproximadamente -196ºC.

3. El proceso de la reivindicación 1, que además comprende la etapa de almacenar el bromuro de hidrógeno en un cilindro y purgar cualquier vapor resultante del cilindro para eliminar al menos una impureza seleccionada del grupo que comprende oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono y metano antes de la etapa (a).

4. El proceso de la reivindicación 1, donde el primer separador adsorbente comprende arena.

5. El proceso de la reivindicación 1, donde el segundo separador adsorbente comprende gel de sílice.

6. El proceso de la reivindicación 1, donde el tamiz molecular comprende tamiz molecular 5A.

7. El proceso de la reivindicación 2, que además comprende la etapa de almacenar bromuro de hidrógeno en un cilindro y purgar cualquier vapor resultante a partir del cilindro para eliminar al menos una impureza seleccionada del grupo que comprende oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono y metano antes de la etapa (a).

8. El proceso de la reivindicación 7, donde el primer separador adsorbente comprende arena.

9. El proceso de la reivindicación 7, donde el segundo separador adsorbente comprende gel de sílice.

10. El proceso de la reivindicación 7, donde el tamiz molecular comprende tamiz molecular 5A.

11. El proceso de la reivindicación 1, donde el baño de enfriamiento en la etapa (a) está a una temperatura entre aproximadamente 0ºC y -86,9ºC.

12. El proceso de la reivindicación 7, donde el baño de enfriamiento de la etapa (a) está a una temperatura entre aproximadamente 0ºC y -86,9ºC.

13. El proceso de la reivindicación 12, donde el baño de enfriamiento de la reivindicación 1 está a una temperatura entre aproximadamente -25ºC y un lecho receptor está a una temperatura de aproximadamente -78ºC.

14. Un aparato para purificar bromuro de hidrógeno que comprende un contenedor de enfriamiento que contiene:

(a) un medio de enfriamiento adaptado para enfriar bromuro de hidrógeno y que tiene aberturas de entrada y salida; (b) un primer medio adsorbente con una abertura de entrada acoplada a la salida del medio de enfriamiento y una abertura de salida, y dicho primer medio adsorbente está adaptado para eliminar la humedad y el bromo libre del bromuro de hidrógeno; (c) un medio de tamiz molecular con una abertura de entrada acoplada a la salida del primer medio adsorbente y una abertura de salida, y dicho medio de tamiz molecular está adaptado para eliminar dióxido de carbono y cloruro de hidrógeno del bromuro de hidrógeno; y (d) un segundo medio adsorbente con una abertura de entrada acoplada a la salida del medio de tamiz molecular y una abertura de salida, y un segundo medio adsorbente que está adaptado para eliminar la humedad y metales traza del bromuro de hidrógeno.

15. El aparato de la reivindicación 14, que además comprende un medio de filtro que tiene una abertura de entrada acoplada a la abertura de salida de dicho segundo medio adsorbente y una abertura de salida, y dicho medio de filtrado está adaptado para eliminar partículas y partículas de metal sólidas.

16. El aparato de la reivindicación 14, donde dicho primer medio adsorbente comprende un separador de arena.

17. El aparato de la reivindicación 14, donde dicho segundo medio adsorbente comprende un separador de gel de sílice.

18. El aparato de la reivindicación 14, donde dicho medio de tamiz molecular comprende un separador de tamiz molecular 5A.