碳化硅襯底薄膜的制備方法技術

本發明專利技術屬于半導體材料技術領域，尤其涉及碳化硅襯底薄膜的制備方法，通過對目標基底層以及載體層進行打磨，而后對目標基底層進行離子注入，使目標基底層出現斷裂層，然后將載體層同目標基底層高溫鍵合，再進行退火，令目標基底層在斷裂層處分離，以達到獲取目標薄膜層的目的。本發明專利技術利用載體片(石墨或藍寶石)做基層，僅要較薄的薄膜層因此同樣體積的碳化硅晶錠利用率可提升約5

【技術實現步驟摘要】
碳化硅襯底薄膜的制備方法


[0001]本專利技術屬于半導體材料
，尤其涉及碳化硅襯底薄膜的制備方法。

技術介紹

[0002]碳化硅(SiC)晶片作為半導體襯底材料，根據電阻率不同，可分為導電型和半絕緣型。其中，導電型碳化硅晶片主要應用于制造耐高溫、耐高壓的功率器件，在新能源汽車、光伏發電、軌道交通、智能電網、航空航天等領域應用多，市場規模較大；半絕緣型碳化硅襯底主要應用于微波射頻器件等領域，如5G通訊、雷達等，隨著5G通訊網絡的加速建設，市場需求提升較為明顯。
[0003]目前導電型的SiC襯底主要制備過程大致分為兩步：第一步SiC粉料(高純硅粉和高純碳粉)在單晶爐中經過高溫升華之后在單晶爐中形成SiC晶錠；第二步通過對SiC晶錠進行粗加工、切割、研磨、拋光，得到透明或半透明、無損傷層、低粗糙度的SiC晶片(即SiC襯底)。上述制備碳化硅襯底方法中的核心關鍵技術點包括電子級高純粉料合成與提純技術、數字仿真技術、單晶生長技術、單晶加工(切拋磨)技術。由于碳化硅晶體生長緩慢，以及碳化硅硬度非常高且脆性高，導致打磨、切割、拋光都耗時長且良品率低，因此碳化硅襯底成本高居不下及生產周期較長，導致目前碳化硅襯底材料昂貴，不利于推廣，應用廣度受到限制。

技術實現思路

[0004]針對上述現有技術的不足，本專利技術提供了碳化硅襯底的制備方法，目的是為了解決現有制備碳化硅襯底方法中，由于碳化硅晶體生長緩慢，以及碳化硅硬度非常高且脆性高，導致打磨、切割、拋光都耗時長且良品率低，因此碳化硅襯底成本高居不下及生產周期較長，導致目前碳化硅襯底材料昂貴，不利于推廣，應用廣度受到限制的技術問題。
[0005]本專利技術提供的碳化硅襯底薄膜的制備方法，具體技術方案如下：
[0006]碳化硅襯底的制備方法，包括如下步驟：
[0007]S1，對目標基底片做離子注入形成斷裂層，所述斷裂層將所述目標基底片分割為余質層和薄膜層，所述目標基底片為碳化硅襯底；
[0008]S2，將載體片與步驟S1中目標基底片的薄膜層進行鍵合，獲得鍵合體，所述鍵合體自上而下依次分別為余質層、斷裂層、薄膜層、載體層，所述載體片為石墨片或者藍寶石片；
[0009]S3，在溫度25
?
500℃，壓力0.1
?
30MPa，氧氣或氮氣環境下，對步驟S3中的鍵合體加熱0.5
?
50小時，使得余質層通過斷裂層和薄膜層分離，獲得留有載體層和薄膜層的鍵合體；
[0010]S4，對步驟S3中的留有載體層和薄膜層的鍵合體進行退火處理，獲得處理后的鍵合體；
[0011]S5，將步驟S4中的處理后的鍵合體中的載體層通過干法或者濕法去除，獲得碳化硅襯底薄膜。
[0012]在某些實施方式中，步驟S1中，在離子注入處理之前，對所述目標基底片的切面進
行打磨處理，粗糙度小于2nm。
[0013]在某些實施方式中，步驟S1中，離子注入選用氫離子或氦離子，離子注入的深度為1μm
?
10μm。
[0014]在某些實施方式中，步驟S2中，在鍵合之前，對所述載體片的切面進行打磨處理，粗糙度小于2nm。
[0015]在某些實施方式中，步驟S2中，驟S2中，在鍵合之前，所述載體片靠近所述薄膜層的一側面上利用高溫化學氣相沉積法生長一層碳化硅涂層，所述高溫化學氣相沉積法厚度約1
?
100μm。
[0016]在某些實施方式中，步驟S4中，步驟S4中，所述退火處理的溫度30
?
500℃，所述退火處理的環境為0.1
?
30MPa的氧氣或氮氣環境。
[0017]在某些實施方式中，步驟S5中，在處理后的鍵合體的薄膜層上進行器件生產后，再將所述載體層去除。
[0018]本專利技術具有以下有益效果：本專利技術提供的碳化硅襯底薄膜的制備方法，通過對目標基底層以及載體層進行打磨，而后對目標基底層進行離子注入，使目標基底層出現斷裂層，然后將載體層同目標基底層高溫鍵合，再進行退火，令目標基底層在斷裂層處分離，以達到獲取目標薄膜層的目的。本專利技術利用載體片(石墨或藍寶石)做基層，僅要較薄的薄膜層(碳化硅襯底薄膜，約30μm～100μm)即可，因此同樣體積的碳化硅晶錠可以被更多使用，由此利用率可提升約5
?
10倍，從而預計整體成本降低約50％；由于載體片(石墨或藍寶石)的脆性遠小于碳化硅的脆性，因此載體片(石墨或藍寶石)的減薄的工藝會比碳化硅的減薄更加容易；由于碳化硅的薄膜層比較薄，電阻會變小，從而提升了器件的性能。
附圖說明
[0019]圖1是本專利技術提供的碳化硅襯底薄膜的制備方法的流程圖；
[0020]圖2是本專利技術實施例中載體片平面示意圖；
[0021]圖3是本專利技術實施例中離子注入后目標基底片的平面示意圖；
[0022]圖4是本專利技術實施例中四層結構的鍵合體的平面示意圖；
[0023]圖5是本專利技術實施例中剝離余質層的鍵合體的平面示意圖；
[0024]圖6是本專利技術實施例中的剝離后并打磨的石墨(藍寶石)基碳化硅片的平面示意圖。
具體實施方式
[0025]為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖1
?
6，對本專利技術進一步詳細說明。
[0026]目前的SiC襯底主要制備過程，具體步驟如下：
[0027](1)原料合成。將高純硅粉和高純碳粉按一定配比混合，在2000℃以上的高溫下反應合成碳化硅顆粒。再經過破碎、清洗等工序，制得滿足晶體生長要求的高純度碳化硅微粉原料。
[0028](2)晶體生長。以高純度碳化硅微粉為原料，使用晶體生長爐，采用物理氣相傳輸法(PVT法)或高溫化學氣相沉積法(HTCVD)生長碳化硅晶體。如PVT法將高純碳化硅微粉和
籽晶分別置于單晶生長爐內圓柱狀密閉的石墨坩堝下部和頂部，通過電磁感應將坩堝加熱至2,000℃以上，控制籽晶處溫度略低于下部微粉處，在坩堝內形成軸向溫度梯度。碳化硅微粉在高溫下升華形成氣相的Si2C、SiC2、Si等物質，在溫度梯度驅動下到達溫度較低的籽晶處，并在其上結晶形成圓柱狀碳化硅晶錠。
[0029](3)晶錠加工。將制得的碳化硅晶錠使用X射線單晶定向儀進行定向，之后磨平、滾磨，加工成標準直徑尺寸的碳化硅晶體。
[0030](4)晶體切割。使用多線切割設備，將碳化硅晶體切割成厚度不超過1mm的薄片。
[0031](5)晶片研磨。通過不同顆粒粒徑的金剛石研磨液將晶片研磨到所需的平整度和粗糙度。
[0032](6)晶片拋光。通過機械拋光和化學機械拋光方法得到表面無損傷的碳化硅拋光片。
[0033](7)晶片檢測。使用光學顯微鏡、X射線衍射儀、原子力顯微鏡、非接觸電阻率測試儀、表面平整度測試儀、表面缺陷綜合測試儀等儀器設備，檢測碳化硅晶片的微管密度、結晶質量、表面粗糙度、電阻率、翹曲度、彎曲度、厚度變本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.碳化硅襯底薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：S1，對目標基底片做離子注入形成斷裂層，所述斷裂層將所述目標基底片分割為余質層和薄膜層，所述目標基底片為碳化硅襯底；S2，將載體片與步驟S1中目標基底片的薄膜層進行鍵合，獲得鍵合體，所述鍵合體自上而下依次分別為余質層、斷裂層、薄膜層、載體層，所述載體片為石墨片或者藍寶石片；S3，在溫度25
?
500℃，壓力0.1
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30MPa，氧氣或氮氣環境下，對步驟S3中的鍵合體加熱0.5
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50小時，使得余質層通過斷裂層和薄膜層分離，獲得留有載體層和薄膜層的鍵合體；S4，對步驟S3中的留有載體層和薄膜層的鍵合體進行退火處理，獲得處理后的鍵合體；S5，將步驟S4中的處理后的鍵合體中的載體層通過干法或者濕法去除，獲得碳化硅襯底薄膜。2.根據權利要求1所述的碳化硅襯底薄膜的制備方法，其特征在于，步驟S1中，在離子注入處理之前，對所述目標基底片的切面進行打磨處理，粗糙度小于2nm...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周貞宏，王萍，韓永，
申請(專利權)人：貝爾特物聯技術無錫有限公司，
類型：發明
國別省市：