本發(fā)明涉及碳化硅粉末的制造方法及碳化硅粉末。詳細(xì)而言，涉及可用作半導(dǎo)體晶片用的原料的、降低了碳含量、金屬雜質(zhì)含量的碳化硅粉末的制造方法及碳化硅粉末。
背景技術(shù)：
1、碳化硅(sic)具有高硬度、高強度、高耐熱性、高熱導(dǎo)率等優(yōu)異的特性，因此被用于研磨劑、耐火物、發(fā)熱體等。近年來，作為sic半導(dǎo)體晶片用的原料的需求不斷增加。在制造符合這些用途的碳化硅粉末時，特別需要高純度的碳化硅粉末作為sic半導(dǎo)體晶片用的原料、半導(dǎo)體制造用途等的sic燒結(jié)體的原料。作為碳化硅粉末的純度下降的原因，已知的是：存在制造時的源自原料的未反應(yīng)的硅、碳，當(dāng)將含有這些成分的碳化硅粉末作為原料時，會對產(chǎn)品產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，專利文獻(xiàn)1中公開了：當(dāng)用于以升華再結(jié)晶法制造sic單晶的原料碳化硅粉末含有未反應(yīng)的碳(游離碳)時，碳會進(jìn)入sic單晶中而成為產(chǎn)生缺陷的原因。此外，專利文獻(xiàn)2中公開了：當(dāng)用于制造碳化硅燒結(jié)體的原料碳化硅粉末含有游離硅時，會阻礙燒結(jié)或引起燒結(jié)體內(nèi)的缺陷生成。
2、作為碳化硅的制法，已知：(1)通過通電加熱來高溫加熱硅砂和焦炭的艾奇遜法(例如專利文獻(xiàn)1、3)；(2)對二氧化硅和碳粉末的混合物進(jìn)行外部加熱來還原、碳化反應(yīng)的方法(例如專利文獻(xiàn)4)；(3)對金屬硅粉末和碳粉末的混合物進(jìn)行外部加熱來碳化的方法(例如專利文獻(xiàn)5)；(4)預(yù)熱金屬硅粉末和碳粉末的混合物后，點燃試樣的一部分并燃燒的方法(也稱為自蔓延高溫合成法或燃燒合成法。例如專利文獻(xiàn)6)。
3、(1)的方法是最常用的碳化硅粉末的制法，可以使用大規(guī)模的設(shè)備較廉價地制造，但由于爐內(nèi)存在溫度不均，容易產(chǎn)生游離硅、游離碳，難以得到高純度產(chǎn)品。(2)的制法使用高純度二氧化硅、碳粉末作為原料，容易得到較高純度的碳化硅粉末，但二氧化硅作為原料會有產(chǎn)生游離sio2的趨勢。(3)的制法使用高純度金屬硅粉末、碳粉末作為原料，容易得到較高純度的碳化硅粉末，但高溫?zé)蓵r硅會揮散，仍無法高度減少游離碳。(4)的制法與(3)相比，可以在低溫下合成，因此可以抑制硅的揮散，但低反應(yīng)溫度抑制了向碳化硅的轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致游離硅、游離碳增多。通過在空氣氣氛下進(jìn)行熱處理，可以較簡易地除去游離碳，但硅系雜質(zhì)需要使用氫氟酸等的處理。當(dāng)游離碳的含量高時，相對的硅系雜質(zhì)含量也會增加，因此降低反應(yīng)后的游離碳含量對于提高碳化硅粉末的純度是極為重要的。
4、現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
5、專利文獻(xiàn)
6、專利文獻(xiàn)1：日本特開2019-151533號公報
7、專利文獻(xiàn)2：日本特開昭63-17258號公報
8、專利文獻(xiàn)3：日本特開2015-157737號公報
9、專利文獻(xiàn)4：日本特開2012-246165號公報
10、專利文獻(xiàn)5：國際公開2012-157293號公報
11、專利文獻(xiàn)6：日本特開昭53-25300號公報
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、發(fā)明所要解決的問題
2、所述(1)的方法是最常用的碳化硅粉末的制法，優(yōu)點在于可以使用大規(guī)模的設(shè)備較廉價地制造，待改善之處在于由于爐內(nèi)存在溫度不均，容易產(chǎn)生游離硅、游離碳，難以得到高純度產(chǎn)品。(2)的制法使用高純度二氧化硅、碳粉末作為原料，容易得到較高純度的碳化硅粉末，但二氧化硅作為原料會有產(chǎn)生游離sio2的趨勢。(3)的制法使用高純度金屬硅粉末、碳粉末作為原料，容易得到較高純度的碳化硅粉末，但高溫?zé)蓵r硅會揮散，仍無法高度減少游離碳。(4)的制法與(3)相比，可以在低溫下合成，因此可以抑制硅的揮散，但低反應(yīng)溫度抑制了向碳化硅的轉(zhuǎn)化率，導(dǎo)致游離硅、游離碳增多。
3、此外，如專利文獻(xiàn)1、4所記載的，已嘗試通過從制造的碳化硅粉末中除去雜質(zhì)來提高純度，但純度提高存在極限。
4、如上所述，需要游離硅、游離sio2等si系雜質(zhì)、游離碳少的碳化硅粉末，但迄今仍未得到高度降低這兩者的碳化硅粉末。因此，本發(fā)明的問題在于提供高度減少硅系雜質(zhì)和游離碳這兩者的碳化硅粉末。
5、用于解決問題的方案
6、本發(fā)明人等進(jìn)行深入研究以解決上述問題。對上述(4)的方法的自蔓延高溫合成法中產(chǎn)生游離硅、游離碳的重要因素進(jìn)行探討，結(jié)果得到如下見解：當(dāng)這些原料混合不均時，會有產(chǎn)生游離硅、游離碳的趨勢。基于這些見解，反復(fù)探討供于自蔓延高溫合成法的金屬硅粉末和碳粉末的混合粉末的制備方法，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如下事實，從而完成了本發(fā)明：當(dāng)添加金屬硅粉末和碳粉末以得到其混合粉末時，通過使混合后的體積密度相對于混合前的體積密度為規(guī)定的范圍，能夠得到混合不均少的混合粉末，然后使用該混合粉末制造碳化硅粉末，由此可以降低游離硅、游離碳的含量并降低金屬雜質(zhì)的含量。
7、即，第一本發(fā)明是一種碳化硅粉末的制造方法，混合金屬硅粉末和碳粉末并通過自蔓延高溫合成來制造碳化硅粉末，其特征在于，所述制造方法包括：混合工序，混合金屬硅粉末和碳粉末以得到碳化硅制造用原料；以及制造工序，對混合后的所述金屬硅粉末和碳粉末在惰性氣體氣氛下通過自蔓延高溫合成來得到碳化硅粉末，使所述混合工序中的混合后的所述金屬硅粉末和碳粉末的體積密度為混合工序前的金屬硅粉末和碳粉末的體積密度的兩倍以上。
8、在上述第一本發(fā)明中，優(yōu)選可采用以下方案。
9、(1)在電爐內(nèi)進(jìn)行所述制造工序。
10、(2)所述電爐內(nèi)的溫度為900～2050℃。
11、(3)在所述混合工序中，使用選自球磨機、行星式球磨機、噴射磨機、振動磨機中的至少一種作為混合手段。
12、(4)混合平均粒徑為20μm以下的金屬硅粉末和一次粒徑為100nm以下的碳粉末。
13、(5)包括：熱處理工序，在氧化氣氛下對所述制造工序中得到的碳化硅粉末進(jìn)行加熱處理。
14、(6)在所述熱處理工序中，熱處理溫度為600～1200℃。
15、此外，第二本發(fā)明是一種碳化硅粉末，其中，游離碳含量為0.001～0.5質(zhì)量％、游離金屬硅為0.01～1.0質(zhì)量％。
16、在上述第二本發(fā)明中，優(yōu)選可采用以下方案。
17、(7)b、al、fe、cu、mg、ni、ca的金屬雜質(zhì)含量的總量為1ppm以下。
18、(8)游離碳含量為0.001～0.5質(zhì)量％，游離金屬硅為0.01～1.0質(zhì)量％，b、al、fe、cu、mg、ni、ca的金屬雜質(zhì)含量的總量為1ppm以下。
19、發(fā)明效果
20、根據(jù)本發(fā)明，可以得到未反應(yīng)的碳含量低的高純度碳化硅粉末。其結(jié)果是，當(dāng)作為以升華再結(jié)晶法制造的sic單晶用的原料時，可以制造缺陷少的單晶。此外，作為燒結(jié)體用的原料時，可以制造燒結(jié)性良好、缺陷少的燒結(jié)體。而且，以本發(fā)明的制造方法得到的碳化硅粉末的金屬雜質(zhì)的含量低，也能夠適用于sic半導(dǎo)體晶片用的原料。
1.一種碳化硅粉末的制造方法，其特征在于，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉末的制造方法，其中，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的碳化硅粉末的制造方法，其中，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉末的制造方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉末的制造方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化硅粉末的制造方法，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的碳化硅粉末的制造方法，其中，
8.一種碳化硅粉末，其中，
9.一種碳化硅粉末，其中，
10.一種碳化硅粉末，其中，