[发明专利]碳化硅衬底薄膜的制备方法

说明书

本发明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5‑10倍，从而预计整体成本降低约50％；载体片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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明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。

本发明提供的碳化硅衬底薄膜的制备方法，具体技术方案如下：

碳化硅衬底的制备方法，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。

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。

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。

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。

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。