一种用于制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底，该复合衬底通过在碳化硅衬底表面设置上表面平整的氮化硅层，很好地整平了碳化硅衬底凹凸不平的表面，使得衬底表面变得光滑平整，有利于后期外延生长出高质量的氮化单晶薄膜。此外，本发明专利技术的碳化硅衬底无需减薄，厚度较大，有利于后期工艺的加工，从而进一步提升整个成品的质量，提高整个生产过程的良率，减少废品率，节约生产成本。节约生产成本。节约生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底


[0001]本专利技术涉及碳化硅新材料
，具体涉及一种制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底。

技术介绍

[0002]碳化硅作为一种应用于发光器件晶体管和制造半导体器件的半导体材料，与常用的单晶硅相比，具有更大的带隙。另外，碳化硅衬底与氮化物半导体的晶格匹配较好。这些特点使得用碳化硅衬底制成的氮化物半导体材料具有击穿电压高、导热率好、导通电阻低等优点，市场应用前景广阔。
[0003]为了制得高质量的氮化物单晶薄膜，需要物理性能和外观平整度较好的碳化硅衬底。现有技术主要通过物理研磨工艺来得到表面光滑平整的碳化硅衬底。然而，因研磨机的研磨压力、研磨转速、抛光液浓度和PH值等因素影响，通过该工艺得到的碳化硅衬底往往不够平整，进而影响氮化物单晶薄膜质量。另外，物理研磨工艺也将导致碳化硅衬底变薄，特别是对返加工产品更是越磨越薄，衬底变薄使后期工艺加工的难度增加。
[0004]因此，需要开发一种表面光滑平整且厚度较大的碳化硅衬底，用于制备氮化物单晶薄膜。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服现有技术的缺点，提供一种用于制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底，该复合衬底通过在碳化硅衬底表面设置上表面平整的氮化硅层，很好地整平了碳化硅衬底凹凸不平的表面，使得衬底表面变得光滑平整，有利于后期外延生长出高质量的氮化单晶薄膜。此外，本专利技术的碳化硅衬底无需减薄，厚度较大，有利于后期工艺的加工，从而进一步提升整个成品的质量，提高整个生产过程的良率，减少废品率，节约生产成本。
[0006]本专利技术的另一目的是提供所述碳化硅复合衬底的制备方法。
[0007]为了实现以上目的，本专利技术提供如下技术方案。
[0008]一种用于制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底，包括：
[0009]碳化硅衬底；以及
[0010]氮化硅层，设置在所述碳化硅衬底的上表面，所述氮化硅层具有平整的上表面，且所述碳化硅衬底的上表面最高点处到所述氮化硅层上表面的距离D>0且≤10μm。
[0011]优选地，所述距离D>0且≤3μm，优选>100nm且≤3μm，更优选>500nm且≤3μm。氮化硅层过厚，会影响碳化硅衬底的导电、导热等一系列物理性能，致使特点无法突出显现出来；氮化硅层过薄(即氮化硅层的上表面低于碳化硅衬底上表面的最高点)，无法起到使衬底表面趋于光滑平整的作用。
[0012]本专利技术还提供所述碳化硅复合衬底的制备方法，包括：
[0013]将碳化硅衬底放入反应室中，控制所述碳化硅衬底上表面最高点处与所述反应室
内顶壁之间的距离为>0且≤10μm，抽真空后，通入SiO气体和氮气，加热所述碳化硅衬底，从而在所述碳化硅衬底上表面形成氮化硅层，得到碳化硅复合衬底。
[0014]本专利技术中，SiO气体和氮气可发生如下化学反应。
[0015]6SiO+4N2＝2Si3N4+3O2[0016]优选地，SiO气体和氮气的流量比为1.5:(1
‑
2)，优选为1.5:(1
‑
1.5)，更优选为1.5:(1
‑
1.2)。
[0017]优选地，抽真空后，反应室内的压力为1*10
‑6Pa
‑
1*10
‑5Pa。
[0018]优选地，当p(O2)/pθ≤10
‑
19
，p(SiO)/pθ≥6.0*10
1.0
，即SiO分压p(SiO)≥6.0MPa时(其中p(O2)为氧气分压，pθ为标准大气压)，停止通入SiO气体和氮气，该条件为SiO气体和氮气能充分反应的最佳条件，此时再通入SiO气体和氮气会造成没必要的浪费，之后加热所述碳化硅衬底至一定温度，使SiO气体和氮气发生反应，生成Si3N4。
[0019]本专利技术所用氮气的纯度为99.999％，其中还含有0.001％的O2，即p(O2)/pθ＝1.0*10
‑5。随着SiO气体和N2的不断充入，在与反应室内本身存在的大气混合之后，当p(O2)/pθ≤10
‑
19
，p(SiO)/pθ≥6.0*10
1.0
，即SiO分压p(SiO)≥6.0MPa时，SiO气体和氮气开始反应生成Si3N4。
[0020]优选地，加热温度为1450
‑
2000℃。SiO气体和N2的反应优选在恒温条件下进行。
[0021]优选地，在所述反应室内放入Si粉末，并将其加热至300℃以上。由SiO和N2反应生成的O2在高温条件下能够与Si粉末反应生成SiO，新生产的SiO能够继续跟N2反应生成本专利技术所需要的Si3N4。放入Si粉末的优势在于：能够利用反应生成的O2来生成更多的Si3N4，使得Si3N4的提取率更高，通入的气体利用率更高，所形成的Si3N4层更加完整厚实。通过在所述反应室内放入Si粉末，还可以降低SiO气体的用量，从而降低生产成本。
[0022]优选地，在将所述碳化硅衬底放入反应室之前，对其进行等离子体清洗。若选用单一氢气作为清洗气体，衬底清洗之后会出现表面粗糙的现象，这是因为氢等离子体活性比较大，电子回旋共振(ECR)放电之后离化程度比较高，致使衬底被氢活性离子过度还原，导致非晶化产物聚集在衬底表面。为了避免以上问题，本专利技术在清洗气体氢气中添加氮气，氮活性粒子可以有效抑制还原反应的过度发生，使碳化硅衬底表面初步光滑平整。
[0023]优选地，在充满H2和N2的腔室内进行等离子清洗，H2和N2的流量比为(3
‑
15):(1
‑
5)，优选为(3
‑
7)：(1:2)。清洗温度为1000
‑
1500℃，优选为1000
‑
1200℃。微波功率为500
‑
1500w，优选为800
‑
1000w。清洗时间为60min以上。
[0024]优选地，在以下工艺条件下清洗的衬底表面最为光滑平整且不会影响改变衬底其他的物理性质，清洗工艺条件为：氢气与氮气流量比为(3
‑
7)：(1:2)；微波功率为800
‑
1000w；清洗温度为1000
‑
1200℃；清洗时间为60min以上。
[0025]本专利技术通过控制所述碳化硅衬底上表面最高点处与反应室内顶壁之间的距离，来控制所形成的氮化硅层的厚度。
[0026]在一些具体实施例中，将清洗后的碳化硅衬底放入反应室的升降台上，升降台具有微调功能，通过微调数显可精确控制距离到微米级，因此通过调节升降台可精确控制碳化硅衬底上表面最高点处与反应室内顶壁之间的距离，从而控制所形成的氮化硅层的厚度。
[0027]优选地，本专利技术的制备方法还包括：对所得到的碳化硅复合衬底的上表面进行研
磨。将碳化硅复合衬本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备氮化物单晶薄膜的碳化硅复合衬底，其特征在于，包括：碳化硅衬底；以及氮化硅层，设置在所述碳化硅衬底的上表面，所述氮化硅层具有平整的上表面，且所述碳化硅衬底的上表面最高点处到所述氮化硅层上表面的距离D>0且≤10μm。2.根据权利要求1所述的碳化硅复合衬底，其特征在于，所述距离D>0且≤3μm。3.根据权利要求2所述的碳化硅复合衬底，其特征在于，所述距离D>100nm且≤3μm。4.权利要求1
‑
3中任一项所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：将碳化硅衬底放入反应室中，控制所述碳化硅衬底上表面最高点处与所述反应室内顶壁之间的距离为>0且≤10μm，抽真空后，通入SiO气体和氮气，加热所述碳化硅衬底，从而在所述碳化硅衬底上表面形成氮化硅层，得到碳化硅复合衬底。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐良，余雅俊，占俊杰，陈素春，孟秀清，阳明益，林骞，
申请(专利权)人：浙江富芯微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：