一種碳化硅的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種碳化硅的制備方法，屬于于半導體制備技術領域。它解決了現有簡單露天碳化硅制備設備大量生產純度較低的碳化硅導致會對環境造成很大的污染和價格低廉的問題。本碳化硅的制備方法，在真空環境或者惰性氣體保護下的爐體內，將生產碳化硅的硅原材料在超過1300℃的高溫環境中熔解或者蒸發并將熔解或者蒸發的硅原材料與含有碳元素的氣體或液體反應生成碳化硅。本發明專利技術采用不含金屬雜質的含碳氣體來代替現有制備方法中的石油焦、樹脂、瀝青、墨、碳纖維、石炭、木炭等碳素原料，在進行碳化反應時硅原材料為熔化或者蒸發氣化的狀態以及在空中進行反應，不需要載體，減少了雜質的混入，制備的碳化硅純度較高。

Method for preparing silicon carbide

The invention provides a method for preparing silicon carbide, which belongs to the technical field of semiconductor preparation. The utility model solves the problems of large pollution and low price caused by the large amount of silicon carbide with low purity produced by the existing simple surface silicon carbide preparation equipment. The preparation method of silicon carbide furnace body in a vacuum or inert atmosphere, melting silicon raw materials for producing silicon carbide in high temperature exceeding 1300 DEG C or evaporation and melting or evaporation of silicon raw materials with a gas containing carbon or liquid reaction of silicon carbide. The invention adopts a carbon containing gas without metal impurities to replace the existing preparation method of petroleum coke, asphalt, ink, resin, carbon fiber, Carboniferous, charcoal carbon material, the carbonation reaction of silicon raw materials for melting or evaporation and reaction condition in the air, do not need to reduce the carrier. The impurities mixed with silicon carbide, high purity preparation.

【技術實現步驟摘要】
一種碳化硅的制備方法
本專利技術屬于半導體制備
，涉及一種作為半導體器件襯底原材料的高純度碳化硅制備方法。
技術介紹
現有的碳化硅制備方法是將硅石原料和碳素原料按比例混合，用艾奇遜電爐加熱的方法來制備；碳素原料是指含有碳元素的石油焦、樹脂、瀝青、墨、碳纖維、石炭、木炭等。硅石中的二氧化硅和碳源中的碳反應形成碳化硅，但是這些硅石和碳源中含有較多的金屬雜質灰分，在高溫加熱環境下這些雜質也發生了化學反應，對碳化硅本身的純度也有較大影響，使碳化硅的純度不高，滿足不了高純度化碳化硅的市場需求，而反應產生的廢氣對環境造成較大污染，現有的制備方法存在很多急需解決的問題。另外，原來的碳化硅是由簡單的設備來生產的，這種簡單露天的設備大量生產純度較低的碳化硅，會對環境造成很大的污染，價格低廉，不符合環保要求，滿足不了市場的需求。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術存在上述問題，提出了一種碳化硅的制備方法，本專利技術所要解決的第一個技術問題是提供另外一種不采用石油焦、樹脂、瀝青、墨、碳纖維、石炭、木炭等碳素原料制備高純度碳化硅的制備方法；本專利技術所要解決的第二個技術問題是提供該制備方法的制備裝置。本專利技術通過下列技術方案來實現：一種碳化硅的制備方法，其特征在于，在真空環境或者惰性氣體保護下的爐體內，將生產碳化硅的硅原材料在超過1300℃的高溫環境中熔解或者蒸發并將熔解或者蒸發的硅原材料與含有碳元素的氣體或液體反應生成碳化硅。本專利技術的工作原理如下:本專利技術采用含有碳元素的氣體與硅原材料進行反應，因為含有碳元素的氣體可以做到很高的純度，避免了采用石油焦、樹脂、瀝青、墨、碳纖維、石炭、木炭等碳素原料的雜質影響，而硅原材料也可以做成很高的純度，在保證這兩者純度的基礎上，硅原材料在超過1300℃高溫環境中熔解或者進一步蒸發氣化，同時在高溫環境中含有碳元素的氣體或者液體分解或者裂解出碳元素與熔解或者進一步蒸發氣化的硅原材料進行反應，生成高純度的碳化硅。在上述的碳化硅的制備方法中，所述的硅原材料為硅。硅為高純度的金屬硅，或者為半導體硅，又稱結晶硅。在上述的碳化硅的制備方法中，所述的硅原材料為純度高于99.99％的硅。硅原材料純度在99.99％時就能使用，而這種純度的半導體硅是市場上普通的材料，不需要進行進一步的提純，使本專利技術的實施為市場所能接受。如果想得到純度更高的碳化硅，也可以使用純度高達99.9999999999％的半導體級別硅。在上述的碳化硅的制備方法中，硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅的位置處于爐體內的空中。將硅原材料和含有碳元素的氣體在空中反應，就能避免坩堝等載體對反應的污染，進一步減少了雜質混入的可能，提高了生成碳化硅的純度。在上述的碳化硅的制備方法中，將硅原材料加入到爐體內使其熔解或者蒸發氣化，并噴射到含有碳元素的氣體中，反應生成碳化硅。采用這種方式可以使硅原材料擁有充足的能量進行充分的反應，提高硅原材料的利用率。并且采用噴射方式能夠增加硅原材料與含有碳元素的氣體的接觸面積和距離以及提高兩者的混合均勻度。在上述的碳化硅的制備方法中，將含有碳元素的氣體或者液體噴射到熔解或者蒸發氣化的硅原材料中，反應生成碳化硅。采用這種方式除了含有碳元素的氣體外，還可以是采用含有碳元素的高純度的液體，如酒精、乙醚等。硅原材料可以在點火加熱前放入，其后加熱使硅原材料熔解或蒸發。在上述的碳化硅的制備方法中，把硅原材料與含有碳元素的氣體或液體混合后加入到上述的爐體內使硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅。硅原材料可以做成粉末狀，由氣體吹動后與氣體混合一起或者與液體混合后一起加入到爐體內，這種方式可以是精確控制配比，減少廢氣的產生。在上述的碳化硅的制備方法中，所述的硅原材料為含硅的化合物。除了直接使用硅外，還可以使用石英砂、硅石等含硅的化合物。在上述的碳化硅的制備方法中，熔解或者蒸發氣化所述硅原材料的高溫環境的熱源發生器為等離子發生器、可燃氣體燃燒爐、激光器或者石墨電加熱器。這四種加熱設備都能提供2500攝氏度以上的溫度，滿足硅原材料的熔解或者蒸發氣化的需求。在常溫常壓下，硅的熔點1410℃，沸點2355℃，但是在真空環境下，硅的熔點與沸點會降低。而等離子高溫熱源產生的溫度能夠到達10000度，遠遠大于硅的沸點。在上述的碳化硅的制備方法中，硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅的位置處于等離子發生器、可燃氣體燃燒爐或者石墨電加熱器的內部。在上述的碳化硅的制備方法中，所述的含有碳元素的氣體為碳氧化合物、碳氫化合物、碳氟化合物、碳氯化合物或者是含碳氫氟三元素的氣體化合物中的一種或者幾種混合。在上述的碳化硅的制備方法中，以所述熱源發生器提供的熱源為中心，以同心圓的方式將上述含有碳元素的氣體提供到碳化硅的制備裝置中。在上述的碳化硅的制備方法中，所述含有碳元素的氣體提供到碳化硅的制備裝置中為成分相同或者不同的幾種氣體。其具體方式可以為同一個同心圓范圍內提供不同成分的氣體，也可以是同一個同心圓只提供一種成分氣體，不同的同心圓提供不同成分的氣體。后一種情況能夠根據熱源的溫度向外輻射減弱的分布趨勢提供不同成分氣體以便最大程度的實現硅原材料的碳化反應，高效率的生成碳化硅。在上述的碳化硅的制備方法中，所述氣體的流速依據與熱源中心點的距離不同而調整。距離中心點的距離越遠的氣體流速越慢，距離中心點距離越近氣體的流速越快。在上述的碳化硅的制備方法中，所述的硅原材料中混有含重量百分比為0.1～10％的碳化硅。硅原材料中加入碳化硅能夠起到防止新生成的碳化硅相互粘結的作用。一種碳化硅的制備裝置，包括爐體和位于爐體內的坩堝，在爐體的底部設有升降座，上述的坩堝放置在升降座上，其特征在于，所述的爐體頂部設有噴射口正對著坩堝的熱源發生器，所述熱源發生器的內部具有連通熱源發生器出口的內腔，在內腔內設有導氣管，在熱源發生器上設置若干以導氣管為軸線的環形隔板從而在熱源發生器出口形成若個同心圓出口，在熱源發生器上還設有與各個出口相連通的進口，在爐體的底部設有排氣口。碳化硅的制備裝置的工作原理如下：熱源發生器為等離子發生器或者激光發生器。等離子發生器或者激光發生器的導氣管通入氬氣后其出口產生了等離子火焰或激光，等離子發生器或者激光發生器通過隔板形成了若干個同心圓出口，由于以導氣管為軸線，該等離子火焰或激光處于各個同心圓出口的中心，含有碳元素的氣體可以從進口預先加入并保持輸出，硅原材料的顆粒可以從進口加入或者從導氣管加入，在落入等離子火焰或激光中時熔化或者進一步蒸發氣化與同心圓上的含碳氣體產生碳化反應，而生成的高純度碳化硅落入坩堝中。在上述碳化硅的制備裝置中，與所述內腔相連通的進口為硅原材料進口。在上述碳化硅的制備裝置中，所述的隔板為兩個，依次套設在內腔壁的外側，分別形成含有碳元素的氣體進口和輔助進口。輔助進口可用于含有碳元素的氣體或者以及保護氣體的進口。在上述碳化硅的制備裝置中，所述的坩堝外側壁上還設有將生成的碳化硅吸入坩堝中的吸氣口。所述的吸氣口通過導管與外界的真空泵連接。在上述碳化硅的制備裝置中，所述的爐體頂部設有保護氣體進口。與現有技術相比，本碳化硅的制備方法采用不含金屬雜質的含碳氣體來代替現有制備方法中的石油焦、樹脂、瀝青、墨、碳纖維、石炭、木炭等碳素原料，由于氣體的純度可到9本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種碳化硅的制備方法，其特征在于，在真空環境或者惰性氣體保護下的爐體內，將生產碳化硅的硅原材料在超過1300℃的高溫環境中蒸發并將蒸發的硅原材料與含有碳元素的氣體或液體反應生成碳化硅；反應的方式為：將硅原材料加入到爐體內使蒸發氣化，并噴射到含有碳元素的氣體中，反應生成碳化硅；或者將含有碳元素的氣體或者液體噴射到蒸發氣化的硅原材料中，反應生成碳化硅；或者把硅原材料與含有碳元素的氣體或液體混合后加入到上述的爐體內使硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅。

【技術特征摘要】
1.一種碳化硅的制備方法，其特征在于，在真空環境或者惰性氣體保護下的爐體內，將生產碳化硅的硅原材料在超過1300℃的高溫環境中蒸發并將蒸發的硅原材料與含有碳元素的氣體或液體反應生成碳化硅；反應的方式為：將硅原材料加入到爐體內使蒸發氣化，并噴射到含有碳元素的氣體中，反應生成碳化硅；或者將含有碳元素的氣體或者液體噴射到蒸發氣化的硅原材料中，反應生成碳化硅；或者把硅原材料與含有碳元素的氣體或液體混合后加入到上述的爐體內使硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅。2.根據權利要求1所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，所述的硅原材料為硅。3.根據權利要求2所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，所述的硅原材料為純度高于99.99％的硅。4.根據權利要求1所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅的位置處于爐體內的空中。5.根據權利要求1或4所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，所述的硅原材料為含硅的化合物。6.根據權利要求1-4任意一項所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，蒸發氣化所述硅原材料的高溫環境的熱源發生器為等離子發生器(1)、可燃氣體燃燒爐或者激光器或者石墨電加熱器。7.根據權利要求6所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，硅原材料與含有碳元素的氣體反應生成碳化硅的位置處于等離子發生器(1)、可燃氣體燃燒爐或者石墨電加熱器的內部。8.根據權利要求1-4任意一項所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，所述的含碳元素氣體為碳氧化合物、碳氫化合物、碳氟化合物或者碳氯化合物中的一種或者幾種混合。9.根據權利要求6所述的碳化硅的制備方法，其特征在于，以所述熱源發生器提供的熱源為中心，以同心圓的方式將上述含碳元素氣體提供到碳化硅的制備...

【專利技術屬性】
技術研發人員：星野政宏，張樂年，
申請(專利權)人：臺州市一能科技有限公司，星野政宏，
類型：發明
國別省市：浙江,33