碳化硅衬底薄膜的制备方法技术

本发明专利技术属于半导体材料技术领域，尤其涉及碳化硅衬底薄膜的制备方法，通过对目标基底层以及载体层进行打磨，而后对目标基底层进行离子注入，使目标基底层出现断裂层，然后将载体层同目标基底层高温键合，再进行退火，令目标基底层在断裂层处分离，以达到获取目标薄膜层的目的。本发明专利技术利用载体片(石墨或蓝宝石)做基层，仅要较薄的薄膜层因此同样体积的碳化硅晶锭利用率可提升约5

【技术实现步骤摘要】
碳化硅衬底薄膜的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料
，尤其涉及碳化硅衬底薄膜的制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)晶片作为半导体衬底材料，根据电阻率不同，可分为导电型和半绝缘型。其中，导电型碳化硅晶片主要应用于制造耐高温、耐高压的功率器件，在新能源汽车、光伏发电、轨道交通、智能电网、航空航天等领域应用多，市场规模较大；半绝缘型碳化硅衬底主要应用于微波射频器件等领域，如5G通讯、雷达等，随着5G通讯网络的加速建设，市场需求提升较为明显。
[0003]目前导电型的SiC衬底主要制备过程大致分为两步：第一步SiC粉料(高纯硅粉和高纯碳粉)在单晶炉中经过高温升华之后在单晶炉中形成SiC晶锭；第二步通过对SiC晶锭进行粗加工、切割、研磨、抛光，得到透明或半透明、无损伤层、低粗糙度的SiC晶片(即SiC衬底)。上述制备碳化硅衬底方法中的核心关键技术点包括电子级高纯粉料合成与提纯技术、数字仿真技术、单晶生长技术、单晶加工(切抛磨)技术。由于碳化硅晶体生长缓慢，以及碳化硅硬度非常高且脆性高，导致打磨、切割、抛光都耗时长且良品率低，因此碳化硅衬底成本高居不下及生产周期较长，导致目前碳化硅衬底材料昂贵，不利于推广，应用广度受到限制。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术提供了碳化硅衬底的制备方法，目的是为了解决现有制备碳化硅衬底方法中，由于碳化硅晶体生长缓慢，以及碳化硅硬度非常高且脆性高，导致打磨、切割、抛光都耗时长且良品率低，因此碳化硅衬底成本高居不下及生产周期较长，导致目前碳化硅衬底材料昂贵，不利于推广，应用广度受到限制的技术问题。
[0005]本专利技术提供的碳化硅衬底薄膜的制备方法，具体技术方案如下：
[0006]碳化硅衬底的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1，对目标基底片做离子注入形成断裂层，所述断裂层将所述目标基底片分割为余质层和薄膜层，所述目标基底片为碳化硅衬底；
[0008]S2，将载体片与步骤S1中目标基底片的薄膜层进行键合，获得键合体，所述键合体自上而下依次分别为余质层、断裂层、薄膜层、载体层，所述载体片为石墨片或者蓝宝石片；
[0009]S3，在温度25
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500℃，压力0.1
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30MPa，氧气或氮气环境下，对步骤S3中的键合体加热0.5
‑
50小时，使得余质层通过断裂层和薄膜层分离，获得留有载体层和薄膜层的键合体；
[0010]S4，对步骤S3中的留有载体层和薄膜层的键合体进行退火处理，获得处理后的键合体；
[0011]S5，将步骤S4中的处理后的键合体中的载体层通过干法或者湿法去除，获得碳化硅衬底薄膜。
[0012]在某些实施方式中，步骤S1中，在离子注入处理之前，对所述目标基底片的切面进
行打磨处理，粗糙度小于2nm。
[0013]在某些实施方式中，步骤S1中，离子注入选用氢离子或氦离子，离子注入的深度为1μm
‑
10μm。
[0014]在某些实施方式中，步骤S2中，在键合之前，对所述载体片的切面进行打磨处理，粗糙度小于2nm。
[0015]在某些实施方式中，步骤S2中，骤S2中，在键合之前，所述载体片靠近所述薄膜层的一侧面上利用高温化学气相沉积法生长一层碳化硅涂层，所述高温化学气相沉积法厚度约1
‑
100μm。
[0016]在某些实施方式中，步骤S4中，步骤S4中，所述退火处理的温度30
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500℃，所述退火处理的环境为0.1
‑
30MPa的氧气或氮气环境。
[0017]在某些实施方式中，步骤S5中，在处理后的键合体的薄膜层上进行器件生产后，再将所述载体层去除。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的碳化硅衬底薄膜的制备方法，通过对目标基底层以及载体层进行打磨，而后对目标基底层进行离子注入，使目标基底层出现断裂层，然后将载体层同目标基底层高温键合，再进行退火，令目标基底层在断裂层处分离，以达到获取目标薄膜层的目的。本专利技术利用载体片(石墨或蓝宝石)做基层，仅要较薄的薄膜层(碳化硅衬底薄膜，约30μm～100μm)即可，因此同样体积的碳化硅晶锭可以被更多使用，由此利用率可提升约5
‑
10倍，从而预计整体成本降低约50％；由于载体片(石墨或蓝宝石)的脆性远小于碳化硅的脆性，因此载体片(石墨或蓝宝石)的减薄的工艺会比碳化硅的减薄更加容易；由于碳化硅的薄膜层比较薄，电阻会变小，从而提升了器件的性能。
附图说明
[0019]图1是本专利技术提供的碳化硅衬底薄膜的制备方法的流程图；
[0020]图2是本专利技术实施例中载体片平面示意图；
[0021]图3是本专利技术实施例中离子注入后目标基底片的平面示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例中四层结构的键合体的平面示意图；
[0023]图5是本专利技术实施例中剥离余质层的键合体的平面示意图；
[0024]图6是本专利技术实施例中的剥离后并打磨的石墨(蓝宝石)基碳化硅片的平面示意图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图1
‑
6，对本专利技术进一步详细说明。
[0026]目前的SiC衬底主要制备过程，具体步骤如下：
[0027](1)原料合成。将高纯硅粉和高纯碳粉按一定配比混合，在2000℃以上的高温下反应合成碳化硅颗粒。再经过破碎、清洗等工序，制得满足晶体生长要求的高纯度碳化硅微粉原料。
[0028](2)晶体生长。以高纯度碳化硅微粉为原料，使用晶体生长炉，采用物理气相传输法(PVT法)或高温化学气相沉积法(HTCVD)生长碳化硅晶体。如PVT法将高纯碳化硅微粉和
籽晶分别置于单晶生长炉内圆柱状密闭的石墨坩埚下部和顶部，通过电磁感应将坩埚加热至2,000℃以上，控制籽晶处温度略低于下部微粉处，在坩埚内形成轴向温度梯度。碳化硅微粉在高温下升华形成气相的Si2C、SiC2、Si等物质，在温度梯度驱动下到达温度较低的籽晶处，并在其上结晶形成圆柱状碳化硅晶锭。
[0029](3)晶锭加工。将制得的碳化硅晶锭使用X射线单晶定向仪进行定向，之后磨平、滚磨，加工成标准直径尺寸的碳化硅晶体。
[0030](4)晶体切割。使用多线切割设备，将碳化硅晶体切割成厚度不超过1mm的薄片。
[0031](5)晶片研磨。通过不同颗粒粒径的金刚石研磨液将晶片研磨到所需的平整度和粗糙度。
[0032](6)晶片抛光。通过机械抛光和化学机械抛光方法得到表面无损伤的碳化硅抛光片。
[0033](7)晶片检测。使用光学显微镜、X射线衍射仪、原子力显微镜、非接触电阻率测试仪、表面平整度测试仪、表面缺陷综合测试仪等仪器设备，检测碳化硅晶片的微管密度、结晶质量、表面粗糙度、电阻率、翘曲度、弯曲度、厚度变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳化硅衬底薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，对目标基底片做离子注入形成断裂层，所述断裂层将所述目标基底片分割为余质层和薄膜层，所述目标基底片为碳化硅衬底；S2，将载体片与步骤S1中目标基底片的薄膜层进行键合，获得键合体，所述键合体自上而下依次分别为余质层、断裂层、薄膜层、载体层，所述载体片为石墨片或者蓝宝石片；S3，在温度25
‑
500℃，压力0.1
‑
30MPa，氧气或氮气环境下，对步骤S3中的键合体加热0.5
‑
50小时，使得余质层通过断裂层和薄膜层分离，获得留有载体层和薄膜层的键合体；S4，对步骤S3中的留有载体层和薄膜层的键合体进行退火处理，获得处理后的键合体；S5，将步骤S4中的处理后的键合体中的载体层通过干法或者湿法去除，获得碳化硅衬底薄膜。2.根据权利要求1所述的碳化硅衬底薄膜的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在离子注入处理之前，对所述目标基底片的切面进行打磨处理，粗糙度小于2nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：周贞宏，王萍，韩永，
申请(专利权)人：贝尔特物联技术无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：