[发明专利]一种高纯度碳化硅的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯度碳化硅的制备方法，属于半导体材料技术领域。

背景技术

近年来，已经将碳化硅（SiC）用于制造半导体装置的半导体衬底，与常用的硅相比，碳化硅具有更大的带隙。因此，使用碳化硅的半导体装置具有高击穿电压、低导通电阻和在高温环境中不易下降性能的优点。但是，将碳化硅用于制造半导体装置的材料对于碳化硅的纯度含量要求较高，也就是说对碳化硅的制备提出了更高的要求。

而现有技术中碳化硅的制备方法，采用在发热体上铺一层石英砂，再在石英砂外围铺上一层煤或石油焦,然后在煤或石油焦外再铺上一层石英砂，再铺上一层煤或石焦油，每层铺设的石英砂和煤石油焦层的厚度不同，铺设好后高温加热至少7天时间，通过使石英砂和碳反应生成SiC，但是另一方面，由于石英砂和碳中含有大量的金属等杂质，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，未经过任何处理，直接排放在大气中，对环境污染严重；并且这些杂质对SiC本身的纯度也有较大影响，而且采用这种方法制备碳化硅，由于原料距发热体的距离不同，也会使生成的碳化硅纯度有所不同，影响碳化硅的纯度。因此，通过这种方法制备的碳化硅对环境的污染很大，而且碳化硅的纯度也不高，纯度也达不到99%以上，不利于用于制备半导体装置的材料。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的问题，提供一种高纯度碳化硅的制备方法，通过本方法所要解决的问题是能够实现提高碳化硅的纯度和对环境友好的效果。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的，一种高纯度碳化硅的制备方法，该方法包括使原料硅石或金属硅或两者的混合物的表面被含碳元素的碳源完全包裹制成原料颗粒，将原料颗粒在高温条件下发生反应制成碳化硅。

本发明的高纯度碳化硅的制备方法，通过对原料进行预加工，使含碳元素的碳源完全包裹住硅石或金属硅或两者的混合物，再制成原料颗粒在高温条件下进行反应生成碳化硅。通过该预加工步骤，通过使碳源完全包裹住硅石或金属硅的表面，能够使碳源和硅石或金属或两者的混合物的距离更加接近，从而在高温下能够进行充分反应且反应速度快，提高了碳化硅的生产效率和纯度；同时，通过采用本发明的原料使硅石与碳源能够紧密结合，即使在低温时，反应也不会有区域速度差，使硅石或金属硅或两者的混合物与碳源更易于进行高速反应，从而减少灰分对碳化硅的影响，能够提高碳化硅的纯度。与现有的方法相比，本发明采用预先处理的原料颗粒，能够大幅减少由于灰分对产品的污染而导致的纯度降低的问题，本发明的方法制备得到的碳化硅具有较高的纯度。本发明的方法更有利于反应过程中产生的灰分等杂质的排出，减少了灰分等杂质参与反应而污染环境，能够减少能源的消耗和降低污染物的排放，具有对环境友好的效果。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为优选，将原料颗粒堆积在发热体上进行使在高温条件下发生反应生成碳化硅。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为优选，所述碳源为固态碳源，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。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为进一步的优选，所述碳源为加热后能够形成碳的物质。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为更优选，所述碳源选自石墨、木碳、焦炭、石油焦和木材中的一种或多种混合。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法，作为优选，所述原料颗粒的最大对角线或最大直径为0.001mm～5mm。原料颗粒大于5mm后，反应效果会降低；而小于0.001mm则会增加原料颗粒的制造成本。因此，在该优选范围内能够兼顾成本和反应效率。作为进一步的优选，所述原料颗粒的最大对角线或最大直径为2～3mm。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为优选，将原料颗粒与含碳元素的碳源混合后再在高温条件下进行反应制成碳化硅。同样能够使反应过程中产生的灰分更利于排出，减少因反应产生的灰分中含有的杂质等被还原成金属而向碳化硅成品中扩散，而导致碳化硅纯度下降。因此，本发明的方法能够进一步提高碳化硅的纯度。作为进一步的优选，将原料颗粒与木材混合后再在高温条件下进行反应制成碳化硅。木材在高温条件下能够部分或全部燃烧，从而使与混合的原料颗粒之间产生空隙，从而实现有利于灰分等杂质的快速排出，减少灰分参与反应而对产品碳化硅的影响，提高碳化硅的纯度。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为优选，所述原料颗粒为形状和大小不同的混合原料颗粒。

在上述的高纯度碳化硅的制备方法中，作为优选，将原料颗粒按照以下方式进行交替堆积：