一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底。

背景技术

近年来，越来越多地采用复合半导体作为用于制造半导体器件的半导体衬底。例如，与更为常用的单晶硅相比，单晶碳化硅具有更大的带隙。因此，包括单晶碳化硅衬底的半导体器件具有击穿电压高、导通电阻低以及高温环境下特性下降可能性较小的优点。

在公开号为CN111958070A的中国专利中，提到了一种低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法。所述低缺陷密度碳化硅单晶衬底的制备方法，包括：提供一待处理的碳化硅单晶衬底，晶向为C向[0001]；使用电解研磨工艺于所述待处理的碳化硅单晶衬底上形成具有凹部和凸部的第一沟槽结构，以进行第一次开槽，所述第一沟槽结构的凹部侧壁平行于碳化硅单晶A面(1120)或M面(1100)，底壁平行于碳化硅单晶C面(0001)；于所述第一沟槽结构表面生长第一碳化硅晶体，以进行第一次修复，得到所述低缺陷密度碳化硅单晶衬底。基于本发明，能够大幅降低碳化硅单晶衬底的缺陷密度，有利于提高采用该衬底片制备的器件质量，提高低质量碳化硅单晶衬底的经济价值，尽管上述方案有益效果诸多，但是该方案中制备的单晶碳化硅衬底功能较为单一，无法集成不同材料，进而不能获得更多的功能和特性，无法满足不同领域的需求，存在局限性。

对此，发明人提出一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底，以解决现有技术制备的单晶碳化硅衬底功能较为单一，无法集成不同材料，进而不能获得更多的功能和特性，无法满足不同领域的需求，存在局限性的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底，所述复合衬底制备过程如下：

S1、选择基底，选择基底材料，作为复合衬底的支撑结构；

S2、溅射沉积单晶碳化硅薄膜，使用溅射沉积技术，通过磁控溅射设备或电子束溅射设备在基底材料上沉积单晶碳化硅薄膜，控制沉积参数，形成均匀、致密且高质量的碳化硅薄膜；

S3、激光剥离，在形成的碳化硅薄膜上使用激光剥离技术，通过将激光照射到薄膜表面，产生高能量的激光脉冲，激光脉冲的热效应和机械效应导致薄膜与基底之间的分离，形成一个清晰的界面；

S4、沉积其他层，在激光剥离后，使用溅射沉积在碳化硅薄膜界面上沉积其他层，得到复合结构的碳化硅薄膜；

S5、加工和调制，对S4中复合结构的碳化硅薄膜进行后加工，以形成所需的器件结构，得到具体单晶碳化硅衬底的复合衬底；

S6、检测和测试，对制备的复合衬底进行测试和表征，以确保其性能符合预期。

优选的，所述沉积参数包括沉积温度、沉积气压和沉积速率。

优选的，所述沉积温度为1200～1600℃，所述沉积气压为10

优选的，所述其他层包括金属、绝缘体或半导体。

优选的，所述后加工步骤包括光刻、腐蚀和沉积。

优选的，所述后加工设备包括光刻设备和腐蚀设备。

优选的，所述表征包括结晶质量和界面清晰度。

优选的，所述表征设备为扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中使用激光剥离可以在碳化硅薄膜与基底之间形成一个清晰的界面，有助于确保复合衬底的不同层之间的结合质量和界面质量，溅射沉积能够产生高质量的薄膜，具有较好的结晶质量和均匀性，溅射沉积和激光剥离方法结合使用，提供了对薄膜厚度、质量和结构的更精确控制的可能性，从而满足特定应用的需求。

(2)本发明中激光剥离过程可以减少与传统机械剥离方法相比引入的杂质和缺陷，有助于保持薄膜的高质量，溅射沉积过程中，有助于维持碳化硅薄膜的单晶性，这对于某些应用，例如功率电子器件，非常重要；在制备过程中选择不同的材料沉积在单晶碳化硅上，从而实现多功能性和多层次的复合结构，具有灵活性；通过在激光剥离后沉积其他层，可以在复合衬底上集成不同材料，进而在一个结构中实现多种功能或器件，如光电子学器件、半导体器件。

附图说明

图1为本发明的一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底制备方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅图1所示，一种具有单晶碳化硅衬底的复合衬底，所述复合衬底制备过程如下：

S1、选择基底，选择基底材料，作为复合衬底的支撑结构，基底材料可以为硅(Si)或氮化镓(GaN)；

S2、溅射沉积单晶碳化硅薄膜，使用溅射沉积技术，通过磁控溅射设备或电子束溅射设备在基底材料上沉积单晶碳化硅薄膜，控制沉积参数，形成均匀、致密且高质量的碳化硅薄膜；

S3、激光剥离，在形成的碳化硅薄膜上使用激光剥离技术，使用激光器，通过将激光照射到薄膜表面，产生高能量的激光脉冲，激光脉冲的热效应和机械效应导致薄膜与基底之间的分离，形成一个清晰的界面；

S4、沉积其他层，在激光剥离后，使用溅射沉积在碳化硅薄膜界面上沉积其他层，得到复合结构的碳化硅薄膜；

S5、加工和调制，对S4中复合结构的碳化硅薄膜进行后加工，以形成所需的器件结构，得到具体单晶碳化硅衬底的复合衬底；

S6、检测和测试，对制备的复合衬底进行测试和表征，以确保其性能符合预期。

具体的，所述沉积参数包括沉积温度、沉积气压和沉积速率。

具体的，所述沉积温度为1200～1600℃，所述沉积气压为10

具体的，所述其他层包括金属、绝缘体或半导体。

具体的，所述后加工步骤包括光刻、腐蚀和沉积。

具体的，所述后加工设备包括光刻设备和腐蚀设备。

具体的，所述表征包括结晶质量和界面清晰度。

具体的，所述表征设备为扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)。

对上述制备的复合衬底进行表征，判断合格标准为：

复合衬底存在多层结构：

层1：单晶碳化硅薄膜

层2：金属/绝缘体/半导体薄膜

对于结晶质量，使用X射线衍射(XRD)分析，观察到尖锐的XRD峰，表明是高质量的结晶；

对于均匀性，表面形貌可以通过原子力显微镜(AFM)或扫描电子显微镜(SEM)进行表征，均匀性可以通过薄膜厚度的均匀性和表面形貌来评估；

单晶性，可通过高分辨XRD或透射电子显微镜(TEM)来评估单晶性，表现为清晰的晶格结构和缺陷少；

结晶质量，XRD的半高宽(Full Width at Half Maximum，FWHM)为0.1度，表明薄膜有很高的结晶质量；

薄膜厚度均匀性小于±5％，则均匀性较好；

TEM图像显示单晶碳化硅薄膜具有大面积无缺陷的单晶结构，则具有单晶性。

由上可知，本发明中使用激光剥离可以在碳化硅薄膜与基底之间形成一个清晰的界面，有助于确保复合衬底的不同层之间的结合质量和界面质量，溅射沉积能够产生高质量的薄膜，具有较好的结晶质量和均匀性，溅射沉积和激光剥离方法结合使用，提供了对薄膜厚度、质量和结构的更精确控制的可能性，从而满足特定应用的需求；

通过在激光剥离后沉积其他层，可以在复合衬底上集成不同材料，进而在一个结构中实现多种功能或器件，如光电子学器件、半导体器件；激光剥离过程可以减少与传统机械剥离方法相比引入的杂质和缺陷，有助于保持薄膜的高质量；在溅射沉积过程中，有助于维持碳化硅薄膜的单晶性，这对于某些应用，例如功率电子器件，非常重要；在制备过程中选择不同的材料沉积在单晶碳化硅上，从而实现多功能性和多层次的复合结构，具有灵活性。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络，或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)，或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件，或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种硅基碳化硅薄膜材料制备方法逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”“一些实施例”“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。