一种碳化硅的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳化硅的制备方法，属于本发明专利技术属于半导体制备技术领域。它解决了现有碳化硅制备方法污染重和制备得到的碳化硅纯度不高的问题。本碳化硅的制备方法包括用含碳元素的碳源完全包裹住硅石或者金属硅或者两者混合物并制成原料颗粒；将原料颗粒在高温下反应生成碳化硅；还包括采用装备有等离子发生装置的设备来生产碳化硅的制备方法；也包括将碳源和硅石或金属硅或者两者的混合物同时直接投入到等离子火焰中进行加热反应，进而生成碳化硅的制备方法；以及包含提纯步骤的碳化硅制备方法。该制备方法能够避免对环境的污染，还能提高碳化硅的纯度。

Method for preparing silicon carbide

The invention provides a method for preparing silicon carbide, which belongs to the field of semiconductor preparation technology. The utility model solves the problems that the prior silicon carbide preparation method has heavy pollution and the purity of the prepared silicon carbide is not high. The preparation method of silicon carbide with carbon containing carbon source completely wrapped silica or metal silicon or a mixture of raw materials and raw materials made of particles; particle in the high temperature reaction of silicon carbide; preparation method using plasma generating device equipped with the equipment to produce silicon carbide also includes; also including a mixture of carbon the source and silica or silicon metal or both directly into the plasma flame heating reaction, and then generate the preparation method of silicon carbide and silicon carbide containing; preparation method of purification steps. The preparation method can avoid environmental pollution and improve the purity of silicon carbide.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体制备
，涉及一种作为半导体器件衬底原材料的碳化硅制备方法 。
技术介绍
现有的碳化硅制备方法是采用在石英砂外围铺上一层碳，然后在碳外再铺上一层石英砂，再铺上一层煤或者石油焦为原料的碳层，每层铺设的石英砂和碳层厚度不同，铺设好后高温加热7天以上时间，通过二氧化硅和碳反应形成SiC，但是石英砂和碳中还有大量的金属杂质灰分，在高温加热环境下，这些杂质也发生了化学反应，生成黄色、红色等多种颜色的烟雾，并且这些杂质对SiC本身的纯度也有较大影响。此后，将SiC粉碎经过分拣和酸洗后装袋。通过这种方法制作的碳化硅对环境的污染很大，而且碳化硅的纯度也不高。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在上述问题，提出了，通过该制备方法能够避免对环境的污染，还能提高碳化硅的纯度。本专利技术通过下列技术方案来实现:，其特征在于，该方法包括用含碳元素的碳源完全包裹住硅石或者金属硅或者两者混合物并制成原料颗粒；将原料颗粒在高温下反应生成碳化娃。不同于现有的粗犷型制备方法，本专利技术对原料进行了预加工，即将碳源完全包裹住硅石，或者用碳源包裹住金属硅，或者用碳源包裹住硅石和金属硅两者混合物，然后制成比沙子略大的原料颗粒。通过这个预加工步骤，就能是碳源和硅石或者金属硅的距离更加接近，接触面积更大，从而在高温下能够进行充分的反应且反应速度快，进而提高了碳化硅制备的生产效率，并且采用这种原料颗粒进行生产能够避免碳源中的杂质对生成的碳化硅的污染。在上述碳化硅的制备方法中，所述碳源为固态，是在与硅元素反应中碳元素起还原反应或者起碳化反应的物质。作为优选，可采用粉末状固态。在上述碳化硅的制备方法中，所述的碳源为石墨、木碳、焦炭、石油焦或者粉状木材中的一种或几种混合。在高温环境下，这些材料都能产生碳元素，且碳元素均能与硅石或者金属娃反应。在上述碳化硅的制备方法中，所述原料颗粒的最大对角线或者最大直径为0.0Olmm~5mm。大于5mm后，原料颗粒在高温下反应效果会降低，而小于0.0Olmm则会增加原来颗粒的制备成本。因此，在0.0Olmm~5mm范围之内是优选的。其中2_3mm是最佳的范围，兼顾成本和效率。在上述碳化硅的制备方法中，所述原料颗粒为单个硅石或者单个金属硅包裹在碳源内的原料颗粒；或者所述原料颗粒为若干个单个颗粒整合成一个整体的原料颗粒，单个颗粒是指单个硅石或者单个金属硅包裹在碳源内。在上述碳化硅的制备方法中，所述的碳源、硅石或者金属硅或两者的混合物混合后，再加入粘结剂和水搅拌并烘干，通过造粒机形成多个将硅石或者金属硅或两者的混合物包裹在碳源内的原料颗粒。上述碳化硅的制备方法中，在碳源中加入粘结剂和水搅拌形成粘液，将单层排列的单个硅石或者金属硅浸入到该粘液中或者直接用粘液通过喷涂方式形成单个硅石或者金属硅或者两者的混合物包裹在碳源内的原料颗粒。在上述碳化硅的制备方法中，所述的原料颗粒还包括含重量百分比为0.5-10%的碳化硅。原料颗粒中加入碳化硅能够起到防止新生成的碳化硅相互粘结的作用。原料颗粒包括内部的硅石或者金属硅和包裹在硅石或者金属硅外的碳源，碳源内包含有粘结液、木材和碳化硅。木材起延时作用。 在上述碳化硅的制备方法中，所述原料颗粒中的硅元素和碳元素的质量比例为3:I~3:3。硅元素为3份，碳元素为1份就能够生成碳化硅，碳元素多于1份时能够有充足的碳元素与硅元素反应，但是多于3份后碳元素则过多，碳源中的杂质过多而碳化硅的纯度。通过上述制备方法制作碳化硅后，本专利技术还进一步提出了采用装备有等离子发生装置的设备来生产碳化硅。，其特征在于，该方法包括采用装备有等离子发生装置的设备来生产碳化硅。等离子发生装置能够生成3000摄氏度的高温，用等离子发生设备作为高温源在碳化硅制备中是本专利技术的首创，因为普通的碳化硅生产方式不能采用等离子发生器来加热，只能用碳棒加热。在上述碳化硅的制备方法中，原料颗粒加入到等离子发生装置内部或者内部的气体导管中或者等离子发生装置外部另外增加的其出口端接近气体导管的导管中。等离子发生装置内部具有腔体与气体导管相通，气体导管是用于通氩气等气体，其出口经高电压分成离子从而产生等离子火焰，等离子火焰越接近出气口温度越高。本碳化硅的制备方法是将上述的原料颗粒从等离子发生装置的内部的腔体或者内部的气体导管中加入进去，进而随着重力下落到气体导管的出气口由等离子高温火焰瞬间进行加热反应。除了这种直接在原有的等离子发生装置中进入原料颗粒外，还可以对等离子发生装置进行改进，在等离子发生装置内部增加若干个导管，导管上端端口开设在等离子发生装置的上端，下端开设在等离子发生装置的下端与气体导管相通。在使用等离子发生装置作为高温源加热制备碳化硅时，本专利技术还进一步提出了更加多方式的碳化硅制备方法。—种碳化娃的制备方法,其特征在于,包括将碳源和娃石或金属娃或者两者的混合物同时直接投入到等离子火焰中进行加热反应，进而生成碳化硅。本方法是将碳源和硅石或者金属硅通过各自的通道同时直接投入到等离子火焰中，在投入后只要保证两者之间充分的混合就能生成碳化硅。在上述的碳化硅的制备方法中，所述的碳源是在与硅元素反应中碳元素起还原反应或者起碳化反应的物质。在上述的碳化硅的制备方法中，所述的碳源为气态碳源，气态碳源为碳氧化合物、碳氢化合物、碳氟化合物或者碳氯化合物中的一种或者几种混合。在上述的碳化硅的制备方法中，所述的碳源为固态碳源，固态碳源为石墨、纯碳、焦炭、石油焦或者木材中的一种或几种混合。在上述的碳化硅的制备方法中，将碳源和硅石或金属硅或者两者混合物制成原料颗粒并直接投入到等离子火焰中进行加热反应。在上述的碳化硅的制备方法中，所述的等离子火焰由一台或者一台以上的等离子发生装置产生 。在上述的碳化硅的制备方法中，等离子火焰以速度大于50米/秒的速度喷出。碳源中的金属氧化物不会在碳化硅内扩散，一般在碳化硅的表面容易去除，而金属氧化物与碳源反应后生成的金属如金属铝会在高温环境下扩散到碳化硅中从而影响碳化硅的纯度。而等离子火焰的速度能够产生较快的气流，而这些气流能够使碳源在反应中形成的灰分金属或者金属氧化物在接触到碳化硅前就被吹走，通过这种方式能够提高了碳化硅的制备纯度。通过上述方法中后，为提高生成碳化硅的纯度，本方法包括一个提纯步骤。，其特征在于，本方法包括一个提纯步骤，在提纯通道内形成温度连续增加的温度梯度，内含金属杂质的碳化硅经过提纯通道分别逐步气化沸点低于碳化娃的金属杂质，在碳化娃气化后将气化的碳化娃抽离形成固态的碳化娃。通过上述方法生产碳化硅后，由于金属会在制造碳化硅时进入到碳化硅结晶内，而金属氧化物则不会进入，因此碳化硅表面和内部依旧会有杂质存在，因此，在本方法中含有碳化硅提纯步骤，该提纯步骤在是碳化硅经过表面的酸洗和水洗后投入到提纯通道内，由于提纯通道内温度是梯度分布的，内含金属杂质的碳化硅先经过温度梯度的第一区域，在逐渐达到1500摄氏度的高温中，碳化硅内部的大部分金属杂质根据自己的沸点逐步气化，气化的金属杂质在碳化硅结晶内根据热扰动的原理从碳化硅结晶内排出，如铁铝等金属，再进过第二区域，通过2800摄氏度的高温将碳化硅气化，碳化硅内部的金属杂质也将气化，由于比重不同，大部分碳化硅集中在一层中，这时将气化的碳化硅抽离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅的制备方法，其特征在于，该方法包括用含碳元素的碳源（2）完全包裹住硅石（1）或者金属硅或者两者混合物并制成原料颗粒（3）；将原料颗粒（3）在高温下反应生成碳化硅。

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅的制备方法，其特征在于，该方法包括用含碳元素的碳源(2)完全包裹住娃石(I)或者金属娃或者两者混合物并制成原料颗粒(3);将原料颗粒(3)在闻温下反应生成碳化娃。2.根据权利要求1所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述碳源(2)为固态，是在与娃元素反应中碳元素起还原反应或者起碳化反应的物质。3.根据权利要求2所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述的碳源(2)为石墨、木碳、焦炭、石油焦或者粉状木材中的一种或几种混合。4.根据权利要求1或2所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述原料颗粒(3)的最大对角线或者最大直径为0.0Olmm~5mm。5.根据权利要求3所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述原料颗粒(3)为单个硅石(I)或者单个金属硅包裹在碳源(2 )内的原料颗粒(3 );或者所述原料颗粒(3 )为若干个单个颗粒整合成一个整体的原料颗粒(3)，单个颗粒是指单个硅石(I)或者单个金属硅包裹在碳源(2)内。6.根据权利要求5所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述的碳源(2)、硅石(I)或者金属硅或两者的混合物混合后，再加入粘结剂和水搅拌并烘干，通过造粒机形成多个将硅石(I)或者金属硅或两者的混合物包裹在碳源(2)内的原料颗粒(3)。7.根据权利要求5所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，在碳源(2)中加入粘结剂和水搅拌形成粘液，将单层排列的单个硅石(I)或者金属硅浸入到该粘液中或者直接用粘液通过喷涂方式形成单个硅石(I)或者金属硅或者两者的混合物包裹在碳源(2)内的原料颗粒(3)。8.根据权利要求5所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述的原料颗粒(3)还包括含重量百分比为0.5-10%的碳化硅。9.根据权利要求8所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，所述原料颗粒(3)中的硅元素和碳元素的质量比例为3:1~3:3。10.一种碳化硅的制备方法，其特征在于，该方法包括采用装备有等离子发生装置(4)的设备来生产碳化硅。11.根据权利要求10所述的碳化硅的制备方法，其特征在于，原料颗粒(3)加入到等离子发生装置(4)内部(41)或者内部的气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：星野政宏，
申请(专利权)人：台州市一能科技有限公司，星野政宏，
类型：发明
国别省市：