[发明专利]一种碳化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制备技术领域，涉及一种作为半导体器件衬底原材料的碳化硅制备方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明针对现有技术存在上述问题，提出了一种碳化硅的制备方法，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。

本发明通过下列技术方案来实现：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。

不同于现有的粗犷型制备方法，本发明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硅反应。

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0.001mm～5mm。大于5mm后，原料颗粒在高温下反应效果会降低，而小于0.001mm则会增加原来颗粒的制备成本。因此，在0.001mm～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3：1～3：3。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，本发明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。

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发明的首创，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。