【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體材料制備，特別涉及一種范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法。
技術介紹
1、目前高功率gan器件普遍采用碳化硅襯底，但隨著gan微波功率器件功率密度的進一步提升，碳化硅熱導率為390w/m·k，因此，碳化硅襯底將難以滿足gan器件的散熱問題，亟需采用更高熱導率的襯底材料。
2、金剛石的熱導率高達2000w/m·k，是自然界中熱導率僅次于石墨烯的材料，因此金剛石逐漸成為gan器件封裝材料的首選。近年來金剛石作為gan器件的熱沉材料和襯底材料，其技術和應用均取得較大進展。但大尺寸高質量金剛石單晶技術難以突破，采用金剛石單晶作為gan器件的襯底材料仍具有較大的挑戰。
3、多晶金剛石經過多年的研究，其熱導率已經接近單晶金剛石，可以實現6英寸及以上的大尺寸晶圓的制備，可在gan器件熱沉方面發揮著重要作用。
4、通過制備多晶金剛石/碳化硅復合晶圓一方面可以解決碳化硅熱導率低，散熱能力不足的問題，另一方面還可以解決金剛石晶圓尺寸較小，無法制備大尺寸微波器件的難題。然而金剛石和碳化硅材料之間存在較大的熱失配和晶格失配問題，導致復合晶圓容易脫落以及在制備過程中容易發生晶圓碎裂風險，這些因素都是制約金剛石/碳化硅復合晶圓應用的技術難點。
5、目前，有少數研究人員通過鍵合工藝技術，在小尺寸(小于2英寸)尺度上實現了金剛石與碳化硅的異質鍵合，通過采用si3n4、al2o3、聚合物、金屬等鍵合層介質降低界面熱阻，但鍵合空洞率高，無法實現大尺寸鍵合。
6、因此，當前
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，以實現金剛石和碳化硅的低空洞率和大尺寸鍵合，并實現碳化硅的可靠薄化，以降低金剛石和器件之間的界面熱阻，提高器件的輸出功率密度，提升器件的性能和可靠性。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，包括如下步驟：
3、通過真空退火在多晶金剛石片一表面形成石墨烯層得到金剛石/石墨烯晶圓；
4、通過真空退火在sic晶圓一表面形成石墨烯層得到sic/石墨烯晶圓；
5、通過離子注入在sic/石墨烯晶圓的sic面注入h+離子；
6、通過范德華力鍵合將金剛石/石墨烯晶圓和注入h+離子的sic/石墨烯晶圓的石墨烯層鍵合得到鍵合晶圓片；
7、對鍵合晶圓片的sic層高溫剝離得到超薄sic/金剛石復合晶圓；
8、對超薄sic/金剛石復合晶圓的sic層表面拋光處理。
9、進一步地，所述多晶金剛石片真空退火溫度為600～950℃，所述多晶金剛石片表面形成的石墨烯層厚度為100～300nm，表面平整度為1～3nm。
10、進一步地，所述sic晶圓真空退火溫度為1000～1200℃，所述sic晶圓表面形成的石墨烯厚度為100～300nm，表面平整度為1～3nm。
11、進一步地，所述離子注入的注入深度為1～10μm，注入劑量為1016～1020cm-3，注入能量為90～200kev。
12、進一步地，所述范德華力鍵合時的鍵合溫度為100～200℃，所述范德華力鍵合形成的鍵合層厚度為5～100nm。
13、進一步地，所述范德華力鍵合前先對金剛石/石墨烯晶圓和注入h+離子的sic/石墨烯晶圓分別進行表面拋光、表面清洗和化學濕法活化處理。
14、進一步地，所述金剛石/石墨烯晶圓表面拋光后的表面平整度為1～3nm，所述注入h+離子的sic/石墨烯晶圓表面拋光后的表面平整度為0.1～3nm；
15、所述金剛石/石墨烯晶圓和注入h+離子的sic/石墨烯晶圓的表面清潔采用有機/rca清洗方法，分別采用sc3(spm)、sc2(hpm)、sc1(apm)、boe溶液依次進行清洗；
16、所述化學濕法活化處理采用plasma或者rie分別對金剛石/石墨烯晶圓和注入h+離子的sic/石墨烯晶圓表面進行等離子處理。
17、進一步地，所述鍵合晶圓片sic層的高溫剝離是將鍵合晶圓片放在真空高溫環境中對注入h+離子的sic層高溫處理使sic層剝離。
18、進一步地，所述鍵合晶圓片sic層高溫剝離時的真空度控制為102～106pa，溫度控制為1000～1200℃，所述sic層厚度剝離到1～10μm。
19、進一步地，所述對超薄sic/金剛石復合晶圓的sic層表面拋光處理是采用晶圓拋光機對剝離后的sic層表面進行拋光處理，拋光處理后的sic層表面平整度為1～3nm。
20、本專利技術提供的一種范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，將多晶金剛石熱解形成的石墨烯層與sic熱解形成的石墨烯層通過范德華力鍵合，使得鍵合后的多晶金剛石與sic晶圓之間鍵合空洞率較低，從而可以實現多晶金剛石與sic晶圓的大尺寸鍵合。并且，由于制得的復合晶圓是多晶金剛石與sic晶圓的復合，因此，制得的復合晶圓不僅具備金剛石的高熱導率和耐蝕性，還具有碳化硅的大尺寸和抗氧化性，可用作高導熱襯底或封裝熱沉材料。將本專利技術制備的超薄sic/金剛石復合晶圓用于gan?hemt器件的外延襯底，能夠有效解決大功率gan?hemt器件的散熱問題。
21、具體地，本專利技術提供的一種范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，可以達到以下技術效果：
22、①由于sic晶圓的熱導率為490，而多晶金剛石的熱導率為1500，因此本專利技術制備的超薄sic/金剛石復合晶圓，根據復合晶圓中sic厚度的不同可以將熱導率提高到2-3倍，從而解決了sic熱導率低，散熱不足的問題，另一方面，本專利技術采用多晶金剛石制備超薄sic/金剛石復合晶圓，鍵合尺寸可以從2英寸最高提高到8英寸，解決了金剛石單晶晶圓尺寸較小，無法制備大尺寸微波功率器件的難題，同時，本專利技術制備的超薄sic/金剛石復合晶圓應用于碳化硅電力電子器件，可提高碳化硅功率器件的散熱水平。
23、②采用其他鍵合方式或鍵合介質，具有鍵合性能差、鍵合介質易脫落、表面平整度不易控制等問題，本專利技術采用石墨烯-石墨烯的范德華力鍵合方法，屬于分子間作用力鍵合，相較于共價鍵鍵合力可以降低界面應力3個數量級，大大降低了界面應力，可有效防止復合晶圓容易脫落的問題，并且，還避免了低熱導率鍵合層(例如si3n4、al2o3等)的使用，可以進一步降低金剛石與sic的界面熱阻。
24、③本專利技術采用智能剝離技術減薄sic層，通過離子注入在sic層注入氫離子，然后高溫剝離厚sic層，可以有效避免sic晶圓在剝離過程中晶圓碎裂的風險，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于所述多晶金剛石片真空退火溫度為600～950℃，所述多晶金剛石片表面形成的石墨烯層厚度為100～300nm，表面平整度為1～3nm。
3.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述SiC晶圓真空退火溫度為1000～1200℃，所述SiC晶圓表面形成的石墨烯厚度為100～300nm，表面平整度為1～3nm。
4.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述離子注入的注入深度為1～10μm，注入劑量為1016～1020cm-3，注入能量為90～200keV。
5.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述范德華力鍵合時的鍵合溫度為100～200℃，所述范德華力鍵合形成的鍵合層厚度為5～100nm。
6.根據權利要求5所述的范德華力
7.根據權利要求6所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述金剛石/石墨烯晶圓表面拋光后的表面平整度為1～3nm，所述注入H+離子的SiC/石墨烯晶圓表面拋光后的表面平整度為0.1～3nm。
8.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述鍵合晶圓片SiC層的高溫剝離是將鍵合晶圓片放在真空高溫環境中對注入H+離子的SiC層高溫處理使SiC層剝離。
9.根據權利要求8所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述鍵合晶圓片SiC層高溫剝離的真空度控制為102～106Pa，溫度控制為1000～1200℃，所述SiC層厚度剝離到1～10μm。
10.根據權利要求9所述的范德華力鍵合制備超薄SiC/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述對超薄SiC/金剛石復合晶圓的SiC層表面拋光處理是采用晶圓拋光機對剝離后的SiC層表面進行拋光處理，拋光處理后的SiC層表面平整度為1～3nm。
...【技術特征摘要】
1.一種范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于所述多晶金剛石片真空退火溫度為600～950℃，所述多晶金剛石片表面形成的石墨烯層厚度為100～300nm，表面平整度為1～3nm。
3.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述sic晶圓真空退火溫度為1000～1200℃，所述sic晶圓表面形成的石墨烯厚度為100～300nm，表面平整度為1～3nm。
4.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述離子注入的注入深度為1～10μm，注入劑量為1016～1020cm-3，注入能量為90～200kev。
5.根據權利要求1所述的范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所述范德華力鍵合時的鍵合溫度為100～200℃，所述范德華力鍵合形成的鍵合層厚度為5～100nm。
6.根據權利要求5所述的范德華力鍵合制備超薄sic/金剛石復合晶圓的方法，其特征在于：所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：馮雪，龐體強，李海波，彭祖軍，楊家樂，
申請(專利權)人：浙江清華柔性電子技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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