电气隔离结构和工艺制造技术

一种电气隔离工艺，包括：接收衬底，该衬底包括硅上富碳材料层；以及选择性地去除衬底的区域，以在硅上形成富碳材料的相互间隔的岛；其中硅上富碳材料层包括电绝缘材料上的导电硅层上的富碳材料层，并且选择性地去除衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除富碳材料和导电硅层的至少一部分，以提供硅上富碳材料岛之间的电气隔离。

Electrical isolation structure and process

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电气隔离结构和工艺
本专利技术涉及一种电气隔离结构和工艺，其可包括(或可用于形成)在电绝缘体上的硅层上的富碳材料(诸如，碳化硅、金刚石或类金刚石碳)的相互间隔且相互电气隔离的岛。背景碳化硅(SiC)和硅(Si)都是半导体材料，它们用于制造诸如存储器、发光二极管(LED)、微机电系统(MEMS)的产品和其他类型的器件。例如，当极端环境中的器件可靠性是主要考虑因素时，晶体SiC是MEMS换能器的首选材料。然而，由于块状SiC晶片的高成本和它们昂贵的块状微加工工艺，SiC的使用仅限于少数应用，通常是在航空航天工业中发现的应用。然而，最近SiC生长反应器技术的改进使得能够以合理的成本在直径高达300mm的Si晶片上形成SiC的薄的、高质量的外延层。Si上的薄膜异质外延SiC对于MEMS具有巨大的潜力，因为它能够实现先进的微换能器，这些换能器通过已建立的制造工艺(包括硅微加工)从低成本Si衬底上的SiC的机械性质中受益。同样，SiC的相对较大的带隙使其非常适合电力电子器件和恶劣环境。另外，直径高达300mm的Si晶片现在容易获得，有助于SiC器件生产成本的整体降低。除此之外，由二维碳片组成的相对较新的材料石墨烯目前是一个非常活跃的研究领域，因为石墨烯具有许多令人满意的性质(包括极高的断裂强度以及导电性和导热性、润滑特性、光学薄度(使石墨烯适用于电子屏幕)和优异的功能性(用于传感器)。最近，开发了一种新的工艺，以允许通过由沉积在SiC上的金属形成合金来形成石墨烯薄膜。尽管基于Si上异质外延SiC的薄膜的上述和其他相关技术具有巨大的潜力，但是基于这种材料的器件和结构的发展的一个“障碍”在于Si上异质外延SiC的电气特性受到相当大的漏电流甚至SiC层与下面的硅的完全电气短路的严重损害。这个问题被SiC团体认为是Si上SiC系统的普遍限制，并且被认为是由SiC中源于SiC/硅界面的堆垛层错的存在引起的，如X.Song等人在AppliedPhysicsLetters96,1421042010中所描述的，其减轻了由于SiC和下面的Si之间的晶格失配引起的SiC中的应变。例如，在Si上的3C-SiC的情况下，应变约为20％。克服这一基本限制的尝试包括在AIN层上生长SiC，而不是直接在硅上生长，如S.Jiao等人在MaterialsScienceForum806,89(2014)中所描述的。期望提供一种电气隔离结构和工艺，其减轻现有技术的一个或更多个困难，或者至少提供有用的替代方案。概述根据本专利技术的一些实施例，提供了一种电气隔离工艺，包括：接收包括硅上富碳材料层的衬底；以及选择性地去除衬底的区域，以在硅上形成富碳材料的相互间隔的岛；其中，所述硅上富碳材料层包括电绝缘材料上的导电硅层上的富碳材料层，并且选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除所述富碳材料和所述导电硅层的至少一部分，以提供硅上富碳材料岛之间的电气隔离。在一些实施例中，电绝缘材料是硅。在一些实施例中，电气隔离工艺包括通过在电绝缘硅衬底上生长富碳材料来形成衬底，其中，生长的步骤包括在富碳材料层和电绝缘硅衬底的剩余部分之间形成导电硅层。在一些实施例中，去除所述富碳材料和所述硅的至少一部分的步骤包括仅去除所述导电硅层的一部分。在一些实施例中，去除所述富碳材料和所述硅的至少一部分的步骤包括去除所述导电硅层。在一些实施例中，所述富碳材料是与所述硅衬底外延的(epitaxial)3C-SiC，并且选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括去除至少约20微米的所述硅衬底。在一些实施例中，所述衬底包括绝缘体上硅(SOI)衬底上的所述富碳材料层。在一些实施例中，所述电绝缘材料是蓝宝石或蓝宝石上的电绝缘硅层。在一些实施例中，电绝缘材料是氧化硅材料或氧化硅材料上的电绝缘硅层。在一些实施例中，电气隔离工艺包括通过在绝缘体上硅(SOI)衬底上生长富碳材料来形成衬底。在一些实施例中，选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除所述SOI衬底的硅层的全部。在一些实施例中，电气隔离工艺包括基于硅中的间隙碳的相应扩散长度来估计去除的硅的厚度。在一些实施例中，电气隔离工艺包括基于蚀刻到不同深度的相应衬底的电气测量结果来估计去除的硅的厚度。在一些实施例中，富碳材料是金刚石或类金刚石碳。在一些实施例中，富碳材料是碳化硅。根据本专利技术的一些实施例，提供了一种由上述工艺中的任何一种形成的电气隔离结构。根据本专利技术的一些实施例，提供了一种电气隔离结构，包括：衬底，其由电绝缘物质组成；和电绝缘物质上的硅(Si)上的富碳材料的相互间隔的岛，使得富碳材料的相互间隔的岛相互电气隔离。其中，硅岛上的富碳材料的硅是或包括与富碳材料接触的导电硅层，使得如果所述导电硅层在所述相互间隔的岛之间延伸以使所述相互间隔的岛互连，则所述相互间隔的岛将不会相互电气隔离。根据本专利技术的一些实施例，提供了一种电气隔离结构，包括：衬底，其由电气隔离物质组成；和所述电气隔离物质上的硅上的富碳材料的相互间隔的岛；其中，所述硅的至少一部分已经从富碳材料的所述相互间隔的岛之间的区域被去除，以便在其间提供电气隔离。在一些实施例中，电绝缘材料是硅。在一些实施例中，硅岛上的富碳材料延伸到位于硅上的富碳材料的相互间隔的岛之间的电绝缘硅上方至少1微米的厚度。在一些实施例中，硅岛上的富碳材料延伸到位于硅上的富碳材料的相互间隔的岛之间的电绝缘硅上方的一定距离，其中所述距离大于或等于所述富碳材料在所述Si上的生长期间在硅中的间隙碳的扩散长度。在一些实施例中，电绝缘材料是蓝宝石或氧化硅材料。在一些实施例中，富碳材料是金刚石或类金刚石碳。在一些实施例中，富碳材料是碳化硅。在一些实施例中，所述富碳材料是3C-SiC，并且Si岛上的SiC延伸到位于硅上的碳化硅的相互间隔的岛之间的电绝缘硅上方至少约20微米的厚度。本文还描述了一种SiC隔离工艺，包括：接收包括硅上碳化硅层的衬底；以及选择性地去除衬底的区域以在硅上形成碳化硅的相互间隔的岛；其中，选择性地去除衬底的区域的步骤包括从这些区域中去除碳化硅和硅的至少一部分，以在硅上的碳化硅的岛之间提供电气隔离。本文还描述了一种SiC隔离工艺，包括：接收包括硅上碳化硅层的衬底；以及选择性地去除衬底的区域以在硅上形成碳化硅的相互间隔的岛；其中，所接收的衬底包括电绝缘材料上的缺陷层，该缺陷层导致向碳化硅的大量漏电，并且选择性地去除衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除碳化硅和缺陷层，以提供硅上的碳化硅的岛之间的电气隔离。本文还描述了一种SiC隔离结构，包括：衬底，其由电气隔离物质组成；和电气隔离物质上的硅(Si)上碳化硅(SiC)的相互间隔的岛，使得碳化硅的相互间隔的岛相互电气绝缘；其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电气隔离工艺，包括：/n接收包括硅上富碳材料的层的衬底；和/n选择性地去除所述衬底的区域，以在所述硅上形成富碳材料的相互间隔的岛；/n其中，所述硅上富碳材料的层包括电绝缘材料上的导电硅层上的富碳材料的层，并且选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除所述导电硅层的至少一部分和所述富碳材料，以提供硅上富碳材料的岛之间的电气隔离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170913 AU 2017903720;20171201 AU 20179048601.一种电气隔离工艺，包括：
接收包括硅上富碳材料的层的衬底；和
选择性地去除所述衬底的区域，以在所述硅上形成富碳材料的相互间隔的岛；
其中，所述硅上富碳材料的层包括电绝缘材料上的导电硅层上的富碳材料的层，并且选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除所述导电硅层的至少一部分和所述富碳材料，以提供硅上富碳材料的岛之间的电气隔离。


2.根据权利要求1所述的电气隔离工艺，其中，所述电绝缘材料是硅。


3.根据权利要求1或2所述的电气隔离工艺，包括通过在电绝缘硅衬底上生长富碳材料来形成所述衬底，其中，生长的步骤包括在所述富碳材料的层和所述电绝缘硅衬底的剩余部分之间形成导电硅层。


4.根据权利要求3所述的电气隔离工艺，其中，去除所述硅的至少一部分和所述富碳材料的步骤包括仅去除所述导电硅层的一部分。


5.根据权利要求3所述的电气隔离工艺，其中，去除所述硅的至少一部分和所述富碳材料的步骤包括去除所述导电硅层。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的电气隔离工艺，其中，所述富碳材料是与所述硅衬底外延的3C-SiC，并且选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括去除至少约20微米的所述硅衬底。


7.根据权利要求1所述的电气隔离工艺，其中，所述衬底包括绝缘体上硅(SOI)衬底上的所述富碳材料的层。


8.根据权利要求7所述的电气隔离工艺，其中，所述电绝缘材料是蓝宝石或蓝宝石上的电绝缘硅层。


9.根据权利要求7所述的电气隔离工艺，其中，所述电绝缘材料是氧化硅材料或氧化硅材料上的电绝缘硅层。


10.根据权利要求7至9中任一项所述的电气隔离工艺，包括通过在绝缘体上硅(SOI)衬底上生长所述富碳材料来形成所述衬底。


11.根据权利要求10所述的电气隔离工艺，其中，选择性地去除所述衬底的区域的步骤包括从那些区域中去除所述SOI衬底的硅层的全部。


12.根据权利要求1至11中任一项所述的电气隔离工艺，包括基于硅中的间隙碳的相应扩散长度来估计去除的硅的厚度。


13.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗西斯卡·亚科皮，艾什瓦尔雅·普拉迪库马尔，
申请(专利权)人：悉尼科技大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU