复合衬底及其制备方法、半导体器件技术

本申请公开了一种复合衬底及其制备方法、半导体器件，复合衬底的制备方法包括：获取衬底；对衬底进行离子注入，将衬底分隔成第一衬底层、第二衬底层和有离子注入的掺杂层，掺杂层设于第一衬底层与第二衬底层之间，第一衬底层的厚度小于第二衬底层的厚度；在第一衬底层远离第二衬底层的表面涂覆金刚石种晶溶液并退火形成种晶层；在种晶层表面沉积金刚石层；剥离第二衬底层。通过上述设置，在制备过程中金刚石与第一衬底层直接结合，金刚石与第一衬底层之间无需过渡层或键合层，降低了制备成本，缩短了制备周期；另外，由于金刚石与第一衬底层直接结合，热导率损失低，制备得到的复合衬底具有更高的热导率。衬底具有更高的热导率。衬底具有更高的热导率。

【技术实现步骤摘要】
复合衬底及其制备方法、半导体器件


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种复合衬底及其制备方法、半导体器件。

技术介绍

[0002]对于功率器件，一方面要追求高频、高压、高功率性能，另一方面又要求具有小的尺寸和高的集成度。因此，功率器件的散热问题成为了限制其功率提升的关键因素。
[0003]目前，自然界中热导率最高的材料为金刚石，约为1500
‑
2000W/(m
·
K)。因此，金刚石作为功率器件的优良散热衬底，近年来被广泛研究。但是，目前单晶金刚石晶体尺寸小(＜2英寸)，无法满足半导体行业的需求，而多晶金刚石虽然尺寸上能到4寸以上，但是无法直接在多晶金刚石上面直接进行外延生长，所以现有的技术一般采用两种策略来利用多晶金刚石的优良的导热性；第一种策略是沉积多层过渡层，通过过渡层来连接多晶金刚石和外延层，另一种策略是通过键合技术把多晶金刚石与单晶衬底键合。这两种策略目前虽然都能获得导热性较好的金刚石复合衬底，但是都需要很高的经济成本和时间成本，而且良率不高。

技术实现思路

[0004]本申请提供的复合衬底及其制备方法、半导体器件，以提供一种更经济的导热性较好的复合衬底。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请提供的第一个技术方案为：提供一种复合衬底的制备方法，包括：获取衬底；对所述衬底进行离子注入，将所述衬底分隔成第一衬底层、第二衬底层和有离子注入的掺杂层；所述掺杂层设于所述第一衬底层与所述第二衬底层之间，所述第一衬底层的厚度小于所述第二衬底层的厚度；在所述第一衬底层远离所述第二衬底层的表面涂覆金刚石种晶溶液并退火形成种晶层；在所述种晶层表面沉积金刚石层；剥离所述第二衬底层。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请提供的第二个技术方案为：提供一种复合衬底，包括：依次层叠设置的第一衬底层和金刚石层；所述金刚石层的厚度大于所述第一衬底层的厚度。
[0007]为了解决上述技术问题，本申请提供的第三个技术方案为：提供一种半导体器件，包括：上述任一项所述的复合衬底、外延层、栅极、源极和漏极；所述源极和所述漏极分别形成于所述外延层远离所述复合衬底的表面，所述栅极形成于所述源极和所述漏极远离所述复合衬底的一侧。
[0008]本申请的有益效果：区别于现有技术，本申请公开了一种复合衬底及其制备方法、半导体器件，复合衬底的制备方法包括：获取衬底；对衬底进行离子注入，将衬底分隔成第一衬底层、第二衬底层和有离子注入的掺杂层，掺杂层设于第一衬底层与第二衬底层之间，第一衬底层的厚度小于第二衬底层的厚度；在第一衬底层远离第二衬底层的表面涂覆金刚石种晶溶液并退火形成种晶层；在种晶层表面沉积金刚石层；剥离第二衬底层。通过上述设
置，在制备过程中金刚石与第一衬底层直接结合，金刚石与第一衬底层之间无需过渡层或键合层，降低了制备成本，缩短了制备周期；另外，由于金刚石与第一衬底层直接结合，热导率损失低，制备得到的复合衬底具有更高的热导率。
附图说明
[0009]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0010]图1是本申请提供的复合衬底的制备方法第一实施例的流程示意图；
[0011]图2是图1所示的复合衬底的制备方法的步骤S01的结构示意图；
[0012]图3是图1所示的复合衬底的制备方法的步骤S02的结构示意图；
[0013]图4是图1所示的复合衬底的制备方法的步骤S03的结构示意图；
[0014]图5是图1所示的复合衬底的制备方法的步骤S04的结构示意图；
[0015]图6是图1所述的复合衬底的制备方法的步骤S05的结构示意图；
[0016]图7是本申请提供的复合衬底的制备方法第二实施例的流程示意图；
[0017]图8是本申请实施例提供的复合衬底的结构示意图；
[0018]图9是本申请实施例提供的半导体器件的结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。
[0021]本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个所述特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果所述特定姿态发生改变时，则所述方向性指示也相应地随之改变。本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。
[0022]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现所述短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地
和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0023]下面结合附图和实施例对本申请进行详细的说明。
[0024]近年来，以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料因其具有宽禁带、高的载流子迁移率和高的击穿场强等特点，备受国内外学术界和企业界关注。基于SiC衬底的功率器件适用于高频、高压、高温和高辐射等应用场合，而且在新能源汽车、5G通信、物联网等重点领域实现了应用突破，很具有前景。
[0025]然而，基于SiC衬底的功率器件，一方面要追求高频、高压、高功率性能，另一方面又要求具有小的尺寸和高的集成度。因此，功率器件的散热问题成为了限制其功率提升的关键因素。解决散热问题，对于提高功率器件的功率，实现高频大功率应用具有重大实际意义。
[0026]由于SiC材料的热导率约为390
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490W/(m
·
K)，目前自然界中热导率最高的材料为金刚石，约为1500W/(m
·
K)
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2000W/(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：获取衬底；对所述衬底进行离子注入，将所述衬底分隔成第一衬底层、第二衬底层和有离子注入的掺杂层；所述掺杂层设于所述第一衬底层与所述第二衬底层之间，所述第一衬底层的厚度小于所述第二衬底层的厚度；在所述第一衬底层远离所述第二衬底层的表面涂覆金刚石种晶溶液并退火形成种晶层；在所述种晶层表面沉积金刚石层；剥离所述第二衬底层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述获取衬底具体包括：获取衬底预制体；对所述衬底预制体的表面进行抛光形成所述衬底；其中，所述衬底的总厚度偏差小于10μm、翘曲度小于20μm、弯曲度小于20μm、粗糙度小于0.1nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对所述衬底进行离子注入具体包括：对所述衬底注入深度为0.2μm
‑
100μm的氢离子，以将所述衬底分隔成所述第一衬底层、所述掺杂层和所述第二衬底层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述对所述衬底注入深度为0.2μm
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100μm的氢离子具体包括：以50KeV
‑
1600KeV的能量对所述衬底注入深度为0.2μm
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100μm的所述氢离子，所述氢离子的注入剂量为106cm
‑2‑
107cm
‑2。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第一衬底层远离所述第二衬底层的表面涂覆金刚石种晶溶液并退火形成种晶层具体包括：在所述第一衬底层远离所述第二衬底层的表面旋涂所述金刚石种晶溶液并退火形成所述种晶层；其中，所述金刚石种晶溶液的溶质为单晶金刚石颗粒，所述金刚石种晶溶液的溶剂为水，所述单晶金刚石颗粒的粒径为10nm
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1000nm，所述单晶金刚石颗粒在水中的分散质量分数为0.5％
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【专利技术属性】
技术研发人员：江文宇，汪良，张洁，
申请(专利权)人：湖南三安半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：