碳化硅晶圆生产用高纯碳化硅粉制备方法

生长SiC单晶用的SiC粉体纯度要求很高，其中杂质含量应至少低于0.001%。在众多SiC粉合成方法中，气相法通过控制气源中的杂质含量可以获得纯度较高的SiC粉体；液相法中只有溶胶-凝胶法可以合成纯度满足单晶生长需要的SiC粉体；固相法中的改进自蔓延高温合成法是目前使用范围最广，合成工艺最成熟的SiC粉体的制备方法。

一、气相法

1.化学气相沉积法（CVD法）

CVD法是通过气体的高温反应得到超细、高纯的SiC粉体，其中Si源一般选择SiH4和SiCl4等，C源一般选择CH4、C2H2和CCl4等，而(CH3)2SiCl2、Si(CH3)4等气体既可以同时提供Si源和C源，这些气体的纯度均在99.9999%以上。

CVD法利用有机气源合成高纯的SiC粉体，但该方法对有机气源以及内部石墨件的纯度要求非常高，增加了生产成本。另外，合成的粉体为纳米级的超细粉体，不易收集，同时合成速率较低，目前无法用于生产大批量的高纯SiC粉体。

2.等离子体法

等离子体法是将反应气体通入由射频电源激发的等离子体容器中，气体在高速电子的碰撞下相互反应，最后得到高纯的SiC粉体。等离子体法使用的气源与CVD法相同，气体纯度也在99.9999%以上。

等离子体法通过高能电子碰撞得到高纯的SiC粉体，降低了SiC粉体的合成温度，通过增加气体流量以及等离子腔的尺寸可以提高SiC粉体的产率。但是合成的粉体粒径太小，需要进一步处理才能用于晶体生长。

二、溶胶-凝胶法

目前液相法中只有溶胶-凝胶法可以合成高纯的SiC粉体，其制备过程是将无机盐或醇盐溶于溶剂（水或醇）中形成均匀溶液，得到均匀的溶胶，经过干燥或脱水转化成凝胶，再经过热处理得到所需要的超细粉体。溶胶-凝胶法合成的碳化硅粉体最早用于烧结碳化硅陶瓷，随着工艺的不断改善，合成粉体的纯度也不断提升，目前溶胶-凝胶法制备的SiC粉体已经可以用于单晶的生长。

溶胶-凝胶法可以制备高纯度、超细SiC粉体，但是制备成本较高，合成过程复杂，不适合工业化生产。

三、自蔓延高温合成法

自蔓延高温合成法属于固相合成法，该方法是在外加热源的条件下，通过添加活化剂使反应物的化学反应自发持续的进行。然而活化剂的添加势必会引入其他杂质，为了保证生成物的纯度，研究人员选择提高反应温度以及持续加热的方式来维持反应的进行，这种方法被称为改进的自蔓延高温合成法。改进的自蔓延高温合成法制备过程简单，合成效率高，在工业上被广泛用于生产高纯SiC粉体。该方法将固态的Si源和C源作为原料，使其在1400~2000℃的高温下持续反应，最后得到高纯SiC粉体。

目前，在改进的自蔓延合成法中，研究人员通过控制起始Si源和C源中杂质含量以及对合成的SiC粉体进行提纯处理，可以将大部分杂质如B、Fe、Al、Cu、P等控制在1×10－6以下。然而，为了制备半绝缘SiC单晶衬底，SiC粉体中N元素的含量也必须尽可能降低，而无论是Si粉还是C粉，都极易吸附空气中大量的N元素，导致合成的SiC粉体中N元素含量较高，无法满足半绝缘单晶衬底的使用要求。因此，目前改进的自蔓延合成法制备SiC粉体的研究重点在于如何降低SiC粉体中N元素的含量。