[發明專利]一種硅基異質集成碳化硅薄膜結構的制備方法

在審

• 申請號: 201811347792.4
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109686656A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 歐欣;伊艾倫;游天桂;黃凱;王曦
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L21/18
• 分類號: H01L21/18
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

本發明涉及一種硅基異質集成碳化硅薄膜結構的制備方法，包括步驟：提供具有注入面的碳化硅單晶晶片；從注入面向碳化硅單晶晶片進行氫離子注入形成注入缺陷層，該注入缺陷層的上方形成碳化硅單晶薄膜；將注入面與一硅支撐襯底鍵合，得到包括碳化硅單晶晶片和硅支撐襯底的第一復合結構；對第一復合結構進行退火處理，使得第一復合結構沿著注入缺陷層剝離，得到第二復合結構，其中，注入缺陷層形成損傷層，第二復合結構包括損傷層、碳化硅單晶薄膜和硅支撐襯底；對第二復合結構進行表面處理以除去損傷層，得到包括碳化硅單晶薄膜和硅支撐襯底的硅基異質集成碳化硅薄膜結構。本發明的制備方法得到的集成薄膜結構不存在結晶質量差的問題。

技術領域

本發明涉及信息功能材料的制備，更具體地涉及一種硅基異質集成碳化硅薄膜結構的制備方法。

背景技術

SiC是一種寬禁帶半導體材料，禁帶寬度為2.3-3.4eV，在高溫環境中仍然具有穩定的電學性能。SiC的努氏硬度達到2480kg/mm²，楊氏模量達到700GPa，具有出色的機械性能。此外，SiC材料化學性質穩定，可以工作在具有強腐蝕性的環境中，是高溫，高壓等嚴酷條件下微機電系統(MEMS)的器件的理想材料。

此外，考慮到SiC的光學特性，SiC是集成光學，非線性和光機械器件的理想材料。與其他材料相比，SiC結合了高折射率(n＝2.6)，寬禁帶，高二階和三階非線性系數。高折射率實現了光學模式的高限制，在色散領域將帶來更大的靈活性。寬帶隙使得在大功率下的光吸收損失最小化，高二階和三階使得SiC在非線性光學應用中具有出色的性能。

SiC材料具有200多種晶型，其中應用最多的是3C-SiC，4H-SiC和6H-SiC。3C-SiC薄膜主要是利用常壓化學氣相沉積(APCVD)和減壓化學氣相沉積(RPCVD)的方法，在Si襯底表面沉積SiC薄膜。用這種方法制備的3C-SiC薄膜主要是多晶薄膜，晶體質量無法達到單晶。然而，由于4H-SiC，6H-SiC的生長溫度大于硅的熔點溫度，無法通過傳統薄膜沉積異質外延的方法在硅襯底生長單晶SiC薄膜，因此，這造成了SiC薄膜在生長上的困難。而由于SiC自身的硬度大和耐腐蝕等特性，直接加工體材料又十分困難。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的無法通過傳統薄膜沉積異質外延的方法在硅襯底生長單晶SiC薄膜的問題，本發明旨在提供一種硅基異質集成碳化硅薄膜結構的制備方法。

本發明提供一種硅基異質集成碳化硅薄膜結構的制備方法，包括步驟：S1，提供具有注入面的碳化硅單晶晶片；S2，從所述注入面向碳化硅單晶晶片進行氫離子注入，使得注入離子到達預設深度并在預設深度處形成注入缺陷層，該注入缺陷層的上方形成碳化硅單晶薄膜；S3，將所述注入面與一硅支撐襯底鍵合，得到包括碳化硅單晶晶片和硅支撐襯底的第一復合結構；S4，對第一復合結構進行退火處理，使得第一復合結構沿著注入缺陷層剝離，得到第二復合結構，其中，注入缺陷層形成損傷層，第二復合結構包括損傷層、碳化硅單晶薄膜和硅支撐襯底；S5，對第二復合結構進行表面處理以除去損傷層，得到包括碳化硅單晶薄膜和硅支撐襯底的硅基異質集成碳化硅薄膜結構。

優選地，所述碳化硅單晶晶片的尺寸為毫米級晶片或晶圓級晶片。

優選地，氫離子注入的能量為20keV-2MeV，劑量為1×10¹⁶cm^-2-1×10¹⁷cm^-2。優選地，預設深度為100nm-2μm，即所述碳化硅單晶薄膜的厚度為100nm-2μm。在一個優選的實施例中，該碳化硅單晶薄膜的厚度為500nm。

優選地，所述硅支撐襯底為襯底晶圓。優選地，所述硅支撐襯底的厚度為200μm-1mm。