包含在SiC制载体衬底上的单晶SiC制薄层的复合结构的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种制造复合结构的方法，所述复合结构包含在由碳化硅制成的载体衬底上设置的由单晶碳化硅制成的薄层，所述方法包括：a)提供由单晶碳化硅制成的供体衬底的步骤，b)将轻物质离子注入供体衬底中以形成隐埋脆性平面的步骤，所述隐埋脆性平面界定所述隐埋脆性平面与所述供体衬底的自由表面之间的薄层，c)形成结晶载体层的连续n个步骤，其中，n大于或等于2；n个结晶载体层依次叠放位于所述供体衬底的正面，并形成所述载体衬底；各个形成步骤包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含在SiC制载体衬底上的单晶SiC制薄层的复合结构的制造方法


[0001]本专利技术涉及微电子元件用半导体材料领域。本专利技术具体涉及一种制造复合结构的方法，所述复合结构包含在由碳化硅制成的载体衬底上的由单晶碳化硅制成的薄层。

技术介绍

[0002]在过去几年中，对碳化硅(SiC)的兴趣显著增加，因为这种半导体材料可以提高能量处理能力。SiC越来越广泛地用于制造创新的功率器件，以满足电子新兴领域的需求，尤其是如电动汽车等。
[0003]与由硅制成的其传统类似物相比，基于单晶碳化硅的功率器件和集成电源系统能够管理更高的功率密度，并且用更小的有源区尺寸实现。为了进一步限制SiC上的功率器件的尺寸，制造垂直而非横向的元件是有利的。为此，位于SiC结构正面的电极与位于背面的电极之间的垂直导电必须由所述结构实现。
[0004]然而，用于微电子行业的单晶SiC衬底仍然昂贵且难以大尺寸供应。因此，利用薄层转移解决方案来生产复合结构是有利的，该复合结构通常包括在较便宜的载体衬底上的单晶SiC薄层。一种众所周知的薄层转移方案是Smart Cut
TM
工艺，其基于注入轻离子和通过直接键合进行组装。例如，这种工艺可以制造下述复合结构，该结构包括由取自单晶SiC(c
‑
SiC)供体衬底的c
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SiC制成的薄层，与由多晶SiC(p
‑
SiC)制成的载体衬底直接接触，并允许垂直导电。然而，仍然难以通过由c
‑
SiC和p
‑
>SiC制成的两个衬底之间的分子粘附来实现高品质的直接键合，因为管理所述衬底的表面状态和粗糙度很复杂。
[0005]源自该工艺的各种方法也是现有技术已知的。例如，F.Mu等人(ECS Transactions,86(5)3
‑
21,2018)在通过用氩轰击而活化待组装表面后实施直接键合(SAB：“表面活化键合”)：键合前的这种处理会产生非常高密度的侧键，从而促进组装界面处的共价键形成，由此产生高键合能。然而，这种方法的缺点是在单晶SiC供体衬底的表面产生非晶层，这对由c
‑
SiC制成的薄层与由p
‑
SiC制成的载体衬底之间的垂直导电产生负面影响。
[0006]已经提出了解决该问题的方案，特别是在EP3168862中，其涉及将掺杂剂物质注入到所述非晶层中以恢复其电气性质。这种方法的主要缺点是其复杂性和随之而来的其成本。
[0007]还已知US8436363，其记载了用于制造复合结构的工艺，该复合结构包括布置在金属载体衬底上的由c
‑
SiC制成的薄层，其热膨胀系数与薄层的热膨胀系数匹配。该制造工艺包括以下步骤：
[0008]‑
在c
‑
SiC供体衬底中形成隐埋脆性平面，界定所述隐埋脆性平面与供体衬底的正面之间的薄层；
[0009]‑
在供体衬底的正面上沉积金属(例如钨或钼)层，以形成具有足够厚度的载体衬底来充当加强件；
[0010]‑
沿隐埋脆性平面分离，一方面形成包括金属载体衬底和由c
‑
SiC制成的薄层的复
合结构，另一方面形成c
‑
SiC供体衬底的其余部分。
[0011]然而，当形成载体衬底的材料是需要在高于1200℃的温度(制造p
‑
SiC的通常温度)下沉积的p
‑
SiC时，这种制造工艺是不相容的。具体而言，在这些高温下，在隐埋脆性平面中存在的空腔的生长动力学比p
‑
SiC层的生长动力学更快，并且在起泡开始发生之前未达到加强效果所需的厚度，这与垂直方向上与空腔对齐的层的变形有关。
[0012]无论使用何种层转移技术，都会出现额外的问题，即提供包含极高品质的薄c
‑
SiC层的复合结构，特别是没有广延缺陷(或其密度非常低)，这些缺陷容易影响旨在在所述薄层上制成的功率器件的性能品质和可靠性。
[0013]专利技术主题
[0014]本专利技术涉及现有技术的替代方案，旨在完全或部分克服上述缺点。本专利技术具体涉及一种制造复合结构的方法，该复合结构包括在由SiC制成的较低品质载体衬底上的由c
‑
SiC制成的高品质薄层。

技术实现思路

[0015]本专利技术涉及一种制造复合结构的方法，所述复合结构包含在由碳化硅制成的载体衬底上设置的由单晶碳化硅制成的薄层。该方法包括以下步骤：
[0016]a)提供由单晶碳化硅制成的供体衬底的步骤，
[0017]b)将轻物质离子注入供体衬底中以形成隐埋脆性平面的步骤，所述隐埋脆性平面界定所述隐埋脆性平面与所述供体衬底的自由表面之间的薄层，
[0018]c)形成结晶载体层的连续n个步骤，其中，n大于或等于2；n个结晶载体层依次叠放位于所述供体衬底的正面，并形成所述载体衬底；各个形成步骤包括：
[0019]‑
在低于900℃的温度下进行直接液体喷射化学气相沉积以形成载体层，所述载体层由至少部分非晶的SiC基质形成，并且具有小于或等于200微米的厚度；
[0020]‑
在小于或等于1000℃的温度下对载体层进行结晶热处理以形成结晶载体层；
[0021]d)沿所述隐埋脆性平面分离的步骤，从而一方面形成包含在载体衬底上的薄层的复合结构，另一方面形成所述供体衬底的其余部分。
[0022]根据单独或以任何技术上可行的组合采取的本专利技术的其他有利和非限制性特征：
[0023]·
该方法包括对所述复合结构进行机械和/或化学处理的步骤e)，该处理应用于所述载体衬底的自由面，所述复合结构的背面，和/或应用于所述薄层的自由面，所述复合结构的正面；
[0024]·
步骤e)包括对所述复合结构的正面和背面同时进行机械化学抛光；
[0025]·
在步骤c)和步骤d)之间，将化学蚀刻、机械研磨和/或机械化学抛光应用于所述载体衬底的自由面；
[0026]·
各个沉积的载体层的厚度小于或等于100微米，或者甚至小于50微米，或者甚至小于10微米；
[0027]·
步骤c)的沉积在100℃至800℃或者甚至优选200℃至600℃的温度下进行；
[0028]·
步骤c)的沉积在1托至500托的压力下进行；
[0029]·
在步骤c)的沉积过程中使用的前体选自聚甲硅烷基乙烯和二硅杂丁烷；
[0030]·
步骤c)包括形成结晶载体层的连续n个步骤，其中n为3至几十；
[0031]·
步骤a)包括提供由单晶碳化硅制成的初始衬底的步骤a')，以及在初始衬底上外延生长单晶碳化硅供体层以形成供体衬底的步骤a
″
)，所述供体层的晶体缺陷密度小于初始衬底，
[0032]·
步骤a')包括在所述初始衬底上形成单晶转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造复合结构(1)的方法，所述复合结构(1)包含在由碳化硅制成的载体衬底(20)上设置的由单晶碳化硅制成的薄层(10)，所述方法包括：a)提供由单晶碳化硅制成的衬底(111)的步骤，b)将轻物质离子注入供体衬底(111)中以形成隐埋脆性平面(12)的步骤，所述隐埋脆性平面(12)界定所述隐埋脆性平面(12)与所述供体衬底(111)的自由表面之间的薄层(10)，c)形成结晶载体层(20”)的连续n个步骤，其中，n大于或等于2；n个结晶载体层(20”)依次叠放位于所述供体衬底(111)的正面，并形成所述载体衬底(20)；各个形成步骤包括：
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在低于900℃的温度下进行直接液体喷射化学气相沉积以形成载体层(20')，所述载体层(20')由至少部分非晶的SiC基质形成，并且具有小于或等于200微米的厚度；
‑
在小于或等于1000℃的温度下对所述载体层(20')进行结晶热处理以形成结晶载体层(20”)；d)沿所述隐埋脆性平面(12)分离的步骤，从而一方面形成包含在载体衬底(20)上的薄层(10)的复合结构(1)，另一方面形成所述供体衬底的其余部分(111')。2.如前一项权利要求所述的制造方法，其包括：e)对所述复合结构(1)进行机械和/或化学处理的步骤，所述处理应用于所述载体衬底(20)的自由面，所述复合结构(1)的背面，和/或应用于所述薄层(10)的自由面，所述复合结构(1)的正面。3.如前一项权利要求所述的制造方法，其中，步骤e)包括对所述复合结构(1)的正面和背面同时进行机械化学抛光。4.如前述权利要求中任一项所述的制造方法，其中，在步骤c)和步骤d)之间，将化学蚀刻、机械研磨和/或机械化学抛光应用...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：索泰克公司，
类型：发明
国别省市：