CN219292245U - 清洗SiC粉的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种清洗SiC粉的设备。清洗SiC粉的设备包括清洗槽、加热器、导流管路和收集槽；加热器与清洗槽连接；清洗槽用于容纳酸性清洗液和碳化硅粉；导流管路的进口设置在清洗槽上方，导流管路的出口设置在收集槽上方，收集槽用于容纳碱性收集液。酸性清洗液酸性清洗液如此能够将碳化硅粉上附着的碳颗粒清洗掉，提升了晶体生长的质量，减少了包裹物等缺陷的产生。

Description

清洗SiC粉的设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种清洗SiC粉的设备。

背景技术

碳化硅是继Si、GaAs之后发展起来的具有宽禁带、高热导率、高击穿场强、高载流子饱、高抗辐射特性的第三代半导体材料，因其本身，将在节能减排、信息技术、国防科技三大领域催生上万亿元潜在市场，近年来迅速渗透到照明、电子电力器件、微波射频等领域的各个角落，市场规模快速提升，在新能源汽车、汽车灯照、通用照明、电动车、5G通讯应用等领域有着广泛的应用市场，将成为未来新能源发展的方向之一。

目前用于制备碳化硅粉料的方法有很多，如Lely法、自蔓延高温合成法、碳热还原法等；其主要是通过加热到1800-2300℃，在一定保护气氛下保持一定压力进行制备得到一定粒径的SiC粉料。

由于在制备过程中的温度高于碳化硅的分解温度，因此产出的碳化硅粉往往会碳化，并在其表面附着一些碳化后的石墨粉或者细小的碳颗粒。这部分附着物在晶体生长时极易造成晶体的包裹物缺陷而导致晶体NG，或者导致晶片含有碳白点、包裹物等，对外延及器件的制备不可避免的造成了损失。而这部分附着物通过超声清洗、筛分等方式无法完全去除。

实用新型内容

本实用新型的目的包括，例如，提供了一种清洗SiC粉的设备，其能够将碳化硅粉上附着的碳颗粒清洗掉，还实现了清洗剂的回收利用，提升了晶体生长的质量，减少了包裹物等缺陷的产生。

本实用新型的实施例可以这样实现：

第一方面，本实用新型提供一种清洗SiC粉的设备，包括：

清洗槽、加热器、导流管路和收集槽；

所述加热器与所述清洗槽连接；

所述清洗槽用于容纳酸性清洗液和碳化硅粉；

所述导流管路的进口设置在所述清洗槽上方，所述导流管路的出口设置在所述收集槽上方，所述收集槽用于容纳碱性收集液。

本方案的清洗SiC粉的设备通过在清洗槽内酸性清洗液与碳化硅粉中碳粉反应，从而实现对碳化硅粉清洗的作用。因为酸性清洗液具有强氧化性，且酸性清洗液只有加热情况下才能够与碳粉反应，如此本方案将酸性清洗液和碳化硅粉放置在清洗槽中，同时加热器能够将清洗槽内的液体加热至预设温度值，从而使得酸性清洗液能够与碳化硅粉中的碳粉发生化学反应，碳粉被消耗并生成尾气。而产生的尾气通过导流管路引导至收集槽中，尾气被收集槽中的碱性收集液处理。进一步的，将清洗槽中与酸性清洗液反应过后去除了碳颗粒的碳化硅粉取出，用DI水或碱水清洗干净至表面不残留酸/碱后，将碳化硅粉进行干燥处理即可得表面不含碳颗粒的碳化硅粉。这样的清洗SiC粉的设备能够有效处理碳化硅粉表面附着的碳颗粒，从而减少晶体包裹的产生，降低晶体或晶片因包裹物、碳白点等缺陷不合格的比例。

在可选的实施方式中，所述清洗槽为高纯石英材质制成。

在可选的实施方式中，还包括超声机，所述超声机与所述清洗槽配合。

在可选的实施方式中，所述超声机至少包括两个，多个所述超声机对称地设置在所述清洗槽的周侧。

在可选的实施方式中，还包括导流管路和收集槽；

所述导流管路的进口设置在所述清洗槽，所述导流管路的出口设置在所述收集槽上。

在可选的实施方式中，所述导流管路包括顺次连接的进气管、中间管和出气管；

所述进气管和所述出气管均沿竖直方向布置，所述中间管沿水平方向延伸。

在可选的实施方式中，沿所述进气管至所述出气管方向，所述中间管的下沿管壁具有逐渐降低的趋势。

在可选的实施方式中，还包括喷淋装置，所述喷淋装置设置在所述中间管上。

在可选的实施方式中，还包括两个竖直方向布置的引流罩；沿所述引流罩顶部到所述引流罩底部的方向，所述引流罩的开口具有增大趋势；

所述引流罩分别设置在所述进气管的进口，以及设置在所述出气管的出口。

在可选的实施方式中，在所述清洗槽处，所述引流罩的底部盖设在所述清洗槽的槽口外侧。

在可选的实施方式中，在所述收集槽处，所述引流罩的底部套设在所述清洗槽的槽口内壁上。

本实用新型实施例的有益效果包括，例如：

本方案的清洗SiC粉的设备包括清洗槽和加热器；其中，加热器与清洗槽连接；清洗槽用于容纳酸性清洗液和碳化硅粉，以使酸性清洗液与碳化硅粉中的碳颗粒发生化学反应。因为酸性清洗液只有加热条件下才与碳反应，本方案将酸性清洗液和碳化硅粉容纳在清洗槽中，同时加热器将清洗槽内的液体加热至预设温度值，如此使得酸性清洗液与碳化硅粉中的碳粉发生化学反应，碳粉被消耗并生成尾气。而产生的尾气通过导流管路引导至收集槽中，尾气被收集槽中的碱性收集液处理。随后将反应过后的清洗槽中的碳化硅粉取出，用DI水或碱水清洗干净至表面不残留酸/碱，再对碳化硅粉进行干燥处理即可得表面不含碳颗粒的碳化硅粉。综上，这样的清洗SiC粉的设备具有结构简单、操作方便，且能够高效处理碳化硅粉表面附着的碳颗粒，还实现了清洗剂的回收利用，减少晶体包裹的产生，降低晶体或晶片因包裹物、碳白点等缺陷不合格的比例，有利于提高晶体的生长品质，因此具有出众的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例的清洗SiC粉的设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的清洗SiC粉的设备的清洗槽处的局部示意图；

图3为本实用新型实施例的清洗SiC粉的设备的收集槽处的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的清洗SiC粉的设备的导流管路的结构示意图。

图标：10-清洗SiC粉的设备；100-清洗槽；200-加热器；300-超声机；400-导流管路；410-进气管；420-中间管；430-出气管；500-收集槽；600-喷淋装置；700-引流罩；21-酸性清洗液；22-碳化硅粉。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的特征可以相互结合。

传统工艺中，产出的碳化硅粉经破碎、筛分后直接使用，但表面仍会附着一些碳颗粒，这部分碳颗粒会在晶体生长时在碳化硅分解产生的气氛作用下在生长面形成包裹物，从而导致晶体中含有大量的包裹物或者晶片中形成碳白点而报废。而这部分附着物通过超声清洗、筛分等方式无法完全去除。

为改善上述技术问题，在下面的实施例中提供一种清洗SiC粉的设备。

请参考图1，本实施例提供了一种清洗SiC粉的设备10，包括清洗槽100和加热器200。

加热器200与清洗槽100连接；

清洗槽100用于容纳酸性清洗液21和碳化硅粉22，以使酸性清洗液21与碳化硅粉22中的碳颗粒发生化学反应；

导流管路400的进口设置在清洗槽100上方，导流管路400的出口设置在收集槽500上方，收集槽500用于容纳碱性收集液。酸性清洗液酸性清洗液。

本方案的清洗SiC粉的设备10通过在清洗槽100内酸性清洗液21与碳化硅粉22中碳粉反应，从而实现对碳化硅粉22清洗的作用。因为酸性清洗液21具有强氧化性，且酸性清洗液21只有加热情况下才能够与碳粉反应，如此本方案将酸性清洗液21和碳化硅粉22放置在清洗槽100中，同时加热器200能够将清洗槽100内的液体加热至预设温度值，从而使得酸性清洗液21能够与碳化硅粉22中的碳粉发生化学反应，碳粉被消耗并生成尾气。而产生的尾气通过导流管路引导至收集槽中，尾气被收集槽中的碱性收集液处理。进一步的，将清洗槽100中与酸性清洗液21反应过后去除了碳颗粒的碳化硅粉22取出，用DI水或碱水清洗干净至表面不残留酸/碱后，将碳化硅粉22进行干燥处理即可得表面不含碳颗粒的碳化硅粉22。这样的清洗SiC粉的设备10能够有效处理碳化硅粉22表面附着的碳颗粒，从而减少晶体包裹的产生，降低晶体或晶片因包裹物、碳白点等缺陷不合格的比例。

需要说明的是，DI水是去离子水。di水是英文“deionized water”的简称，意思是去离子水。去离子水指去除了呈正离子方式残渣后的纯净水，是一种消除了钠、钙、铁、铜、氟化物、溴化物等矿物质正离子(盐)的水。

主要是提纯用来清洗。在半导体芯片制造中，很小的面积内就可能制造几百万可光学显微镜无法辨认的器件，各种污染，如颗粒、金属离子污染、有机物污染、薄膜污染等，时刻影响着芯片的品质。所以在生产过程中使用超纯DI水，避免带来污染和不必要的时刻。生产半导体芯片的过程极为精密并充分自动化，除了在1PPM以下的洁净空间作业外，所有机台和材料清洗便需要纯水DIwater。

还需要指出的，本实施例的酸性清洗液21为浓硫酸。浓硫酸与碳化硅粉22中碳粉反应的化学式如下：

C+2H2SO4(浓)＝＝加热＝＝CO2(气)+2SO2(气)+2H2O。其中反应生产的气态二氧化碳和二氧化硫需要后续处理吸收，同时反应生产的水分依然留在清洗槽100中。当反应产生的水分累积，会使得清洗槽100中的酸性清洗液21浓度降低，继而影响与碳粉的继续反应，因此需要添加酸性清洗液21保障化学反应的继续进行。

可以理解的是，在本实用新型的其他实施例中，酸性清洗液21还算可以是硝酸等其他材质以适用于不同的实际情况，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制。

可选的，清洗槽100为高纯石英材质制成。石英材质的清洗槽100不与酸性清洗液21反应，从而确保了酸性清洗液21对碳化硅粉22中碳粉能够稳定高效地清除。

关于清洗槽100的具体材质，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制，示例地，清洗槽100可采用其他材质以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例，只要清洗槽100能够容纳酸性清洗液21和碳化硅粉22，以使酸性清洗液21和碳粉发生反应以清除碳粉即可，具体不做限定。

请继续参阅图1至图4，以了解清洗SiC粉的设备10的更多结构细节。图1中的空心箭头表示尾气的移动方向。

从图中可以看出，在本实施例中，加热器200设置在清洗槽100的下方。加热器200用于加热放置在高纯石英槽中的酸性清洗液21，加热温度为200-600℃。

从图1和图2中还可以看出，在本实用新型的本实施例中，清洗SiC粉的设备10还包括超声机300，超声机300与清洗槽100配合。超声机300发出超声波一方面能够通过超声机300板块的超声震动，可以加快热酸性清洗液21与附着于碳化硅粉22表面碳颗粒的反应速度；另一方面在超声的作用下，部分附着在碳化硅粉22表面的细小碳化硅颗粒会脱附。

超声机300至少包括两个，多个超声机300对称地设置在清洗槽100的周侧。在本实施例中，清洗SiC粉的设备10包括两个超声机300，两个超声机300对称地设置在清洗槽的两侧。这样的布置方式能够均匀地对清洗槽100内的液体发出超声振动，从而保障碳颗粒与酸性清洗液的反应效率，以及确保碳颗粒的脱附效果。

可选的，这里的导流管路400为耐酸塑料通道。

进一步的，导流管路400能够将清洗槽100中浓硫酸和碳粉发生化学反应产生的气态二氧化碳和气态二氧化硫，引导至收集槽500中。在本实施例中，收集槽500中用于盛放DI水或碱水。即清洗槽100中在加热去除碳颗粒的过程中所产生的SO2、CO2、SO3等通过导流管路400最终走向DI水或碱水，最终实现了有害气体的回收。

具体的，二氧化硫是一种具有刺激性气味的气体，溶于水生成亚硫酸，是一种典型的酸性氧化物。因此，它可以与碱发生反应生成相应的盐。若将少量二氧化硫通入氢氧化钠溶液中，则生成亚硫酸钠。而当二氧化硫过量时，则生成亚硫酸氢钠。利用二氧化硫的这一性质，可以对含二氧化硫的工业尾气或化学实验中的尾气进行处理。

可以理解的是，关于收集槽500中液体的具体选择，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制，示例地，收集槽500可选用其他液体以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例，只要收集槽500能够完成对气态二氧化碳和二氧化硫的尾气处理即可，具体不做限定。

进一步的，如图1和图4所示，在本实用新型的本实施例中，导流管路400包括顺次连接的进气管410、中间管420和出气管430；进气管410和出气管430均沿竖直方向布置，中间管420沿水平方向延伸。

这样的导流管路400能够方便地将清洗槽100中的气态尾气引导至收集槽500中进行处理。进一步的，竖直方向布置的进气管410能够便于尾气顺利地利用清洗槽100的热流上升，水平布置的中间管420便于尾气沿管道延伸方向冷却并移动出气管430，竖直方向布置的出气管430则便于尾气利用重力自然地降落至收集槽500中。

从图4中还可以看出，中间管420的下沿管壁具有逐渐降低的趋势。这样的设置方式使得气态尾气顺畅地从中间管420的进口流动至出口处。进一步的，中间管420的上管壁保持水平；沿进气管410至出气管430方向，中间管420的下管壁则倾斜向下。这时，中间的出口的管径大于进口的管径，如此有利于尾气更加顺畅、迅速地转移至出气管430。

可选的，如图4所示，本实施例的中间管420的下管壁为平滑的斜面。可以理解的是，关于中间管420的具体形状，本领域技术人员应当能够根据实际需求进行合理的选择和设计，这里不作具体限制，示例地，中间管420的管径不变而是倾斜向下布置、中间管420的下管壁可以是呈波浪形或弧形倾斜等以适用于不同的实际情况，这里仅仅是个示例，只要导流管路400能够将尾气从清洗槽100引流至收集槽500即可，具体不做限定。

进一步的，在本实用新型的本实施例中，清洗SiC粉的设备10还包括喷淋装置600，喷淋装置600设置在中间管420上。喷淋装置600能够在中间管420内喷出DI水，以吸收尾气，随后产生的水流在重力作用下流向收集槽500。

从图1至图3中还可以看出，清洗SiC粉的设备10还包括两个竖直方向布置的引流罩700；沿引流罩700顶部到引流罩700底部的方向，引流罩700的开口具有增大趋势；引流罩700分别设置在进气管410的进口，以及设置在出气管430的出口。

引流罩700能够引导尾气进入导流管路400，或引导尾气从导流管路400中排出。可选的引流罩700为倒三角形的耐酸塑料罩。

具体的，在本实施例中，在清洗槽100处，引流罩700的底部盖设在清洗槽100的槽口外侧。将引流罩700设置在清洗槽100槽口外侧能够使得尾气随着清洗槽100中的热流上升并顺利进入导流管路400，同时这样的布置方式能够保障尾气集中并全部移动至引管路中，避免尾气的泄漏。

具体的，在本实施例中，在收集槽500处，引流罩700的底部套设在清洗槽100的槽口内壁上。这样的引流罩700布置方式，能够方便出气管430中的尾气能够与收集槽500中的全面接触，从而确保尾气高效、快捷地被吸附处理。

使用时，本实施例采用5-25mm厚度的石英槽，将表面附有碳颗粒的碳化硅粉22装入石英槽中，倒入酸性清洗液21(本实施例为浓硫酸)，随后将倒三角形的耐酸塑料罩罩在石英槽上，启动加热器200，将温度加热至200-600℃，并同时启动超声机300；打开喷淋装置600，将产生的硫酸蒸汽、SO2、SO3、CO2等气体被喷淋装置600喷出的液体吸收，最终流向盛有DI水或者碱水的收集槽500。

持续时间1-10hr后关闭超声机300、关闭加热器200，冷却1-2hr后采用耐酸塑料勺将碳化硅粉22取出用DI水或碱水清洗干净至表面不残留酸/碱后，将碳化硅粉22进行干燥处理即可得表面不含碳颗粒的碳化硅粉22。同时采用该方式处理碳化硅粉22还能将在粉料破碎、筛分过程中引入的杂质除掉，且不会因氧化导致粉料表面附着有N2。有效减少了碳化硅粉22表面附着的碳颗粒，并将破碎、筛分过程产生的杂质去除。

综上，本实用新型实施例提供了一种清洗SiC粉的设备10，至少具有以下优点：

传统工艺中，产出的碳化硅粉22经破碎、筛分后直接使用，但表面仍会附着一些碳颗粒，这部分碳颗粒会在晶体生长时在碳化硅分解产生的气氛作用下在生长面形成包裹物，从而导致晶体中含有大量的包裹物或者晶片中形成碳白点而报废。本实用新型通过热酸性清洗液21的作用，将附着在碳化硅粉22表面的碳颗粒氧化去除，并且在超声的作用下，部分附着在碳化硅粉22表面的细小碳化硅颗粒会脱附，可有效减少晶体包裹的产生，降低晶体或晶片因包裹物、碳白点等缺陷不合格的比例。此结构达到的有益效果包括：

1.降低衬底成本，降低晶片碳白点的几率；

2.能减小晶体碳包裹的产生。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种清洗SiC粉的设备，其特征在于，包括：

清洗槽(100)、加热器(200)、导流管路(400)和收集槽(500)；

所述加热器(200)与所述清洗槽(100)连接；

所述清洗槽(100)用于容纳酸性清洗液(21)和碳化硅粉(22)酸性清洗液；

所述导流管路(400)的进口设置在所述清洗槽(100)上方，所述导流管路(400)的出口设置在所述收集槽(500)上方，所述收集槽(500)用于容纳碱性收集液。

2.根据权利要求1所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

所述清洗槽(100)为高纯石英材质制成。

3.根据权利要求1所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

还包括超声机(300)，所述超声机(300)与所述清洗槽(100)配合。

4.根据权利要求3所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

所述超声机(300)至少包括两个，多个所述超声机(300)对称地设置在所述清洗槽(100)的周侧。

5.根据权利要求1所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

所述导流管路(400)包括顺次连接的进气管(410)、中间管(420)和出气管(430)；

所述进气管(410)和所述出气管(430)均沿竖直方向布置，所述中间管(420)沿水平方向延伸。

6.根据权利要求5所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

沿所述进气管(410)至所述出气管(430)方向，所述中间管(420)的下沿管壁具有逐渐降低的趋势。

7.根据权利要求6所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

还包括喷淋装置(600)，所述喷淋装置(600)设置在所述中间管(420)上。

8.根据权利要求5所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

还包括两个竖直方向布置的引流罩(700)；沿所述引流罩(700)顶部到所述引流罩(700)底部的方向，所述引流罩(700)的开口具有增大趋势；

所述引流罩(700)分别设置在所述进气管(410)的进口，以及设置在所述出气管(430)的出口。

9.根据权利要求8所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

在所述清洗槽(100)处，所述引流罩(700)的底部盖设在所述清洗槽(100)的槽口外侧。

10.根据权利要求8所述的清洗SiC粉的设备，其特征在于：

在所述收集槽(500)处，所述引流罩(700)的底部套设在所述清洗槽(100)的槽口内壁上。

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