[發(fā)明專利]一種在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010050175.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111235633A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉興昉;閆果果;申占偉;汪久龍;趙萬(wàn)順;王雷;孫國(guó)勝;曾一平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): C30B25/02
• 分類號(hào): C30B25/02;C30B25/18;C30B28/14;C30B29/36;H01L21/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 吳夢(mèng)圓

一種在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法，包括在一圖形襯底上制備硅膜；在生長(zhǎng)爐中升高溫度使硅膜熔化形成硅熔體；保持溫度不變，向生長(zhǎng)爐中通入碳?xì)浠衔餁怏w，一段時(shí)間后形成懸浮于硅熔體表層的碳化硅籽晶層；向生長(zhǎng)爐中通入碳?xì)浠衔餁怏w和硅氫化合物氣體，在碳化硅籽晶層上同質(zhì)外延生長(zhǎng)，形成碳化硅自支撐層；將含有碳化硅自支撐層的圖形襯底降溫后去除所述硅膜，得到剝離的碳化硅自支撐層，將之研磨拋光并整形后，即得到所述碳化硅晶圓。本方法避免了傳統(tǒng)方法的劣勢(shì)，具有簡(jiǎn)便易行，容易推廣等優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明可以使用價(jià)格低廉的藍(lán)寶石襯底，襯底還可以重復(fù)使用，進(jìn)一步降低成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳化硅半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，尤其涉及一種在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法。

背景技術(shù)

碳化硅半導(dǎo)體材料(4H-SiC)是新型第三代半導(dǎo)體材料，在大功率電力電子領(lǐng)域具有十分重要的用途。其中，在碳化硅襯底上進(jìn)行同質(zhì)外延生長(zhǎng)碳化硅厚膜是實(shí)現(xiàn)碳化硅功率器件的關(guān)鍵步驟。目前所用的制備方案有兩個(gè)不足之處：一是需要用到碳化硅襯底，由于襯底極難制備，所以增加了制作碳化硅功率器件的難度；二是需要將襯底減薄，才能使器件電阻大幅下降。上述不足之處既增加了器件制備成本又造成了原材料的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的之一在于提出一種在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法，以期至少部分地解決上述技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法，包括：

(1)在一圖形襯底上制備硅膜；

(2)在生長(zhǎng)爐中升高溫度使硅膜熔化形成硅熔體；

(3)保持溫度不變，向生長(zhǎng)爐中通入碳?xì)浠衔餁怏w，一段時(shí)間后形成懸浮于硅熔體表層的碳化硅籽晶層；

(4)向生長(zhǎng)爐中通入碳?xì)浠衔餁怏w和硅氫化合物氣體，在步驟(3)形成的碳化硅籽晶層上同質(zhì)外延生長(zhǎng)，形成碳化硅自支撐層；

(5)將步驟(4)得到的含有碳化硅自支撐層的圖形襯底降溫后去除所述硅膜，得到剝離的碳化硅自支撐層，將之研磨拋光并整形后，即得到所述碳化硅晶圓。

基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)至少具有以下優(yōu)勢(shì)之一：

1、本方法避免了傳統(tǒng)方法的劣勢(shì)，具有簡(jiǎn)便易行，容易推廣等優(yōu)點(diǎn)；

2、本發(fā)明不再必需使用昂貴難得的碳化硅襯底，而是可以使用價(jià)格低廉的藍(lán)寶石襯底，使之只承擔(dān)支撐的作用，采用硅熔體作為轉(zhuǎn)化床，通入硅和碳的生長(zhǎng)氣體后在此轉(zhuǎn)化床上通過(guò)化合反應(yīng)生成碳化硅結(jié)晶層，在一定時(shí)間之后即可以生長(zhǎng)出具有一定厚度的自支撐碳化硅厚膜材料，隨后可以通過(guò)濕法腐蝕殘硅層的辦法將厚膜碳化硅層剝離下來(lái)，形成制作碳化硅功率器件的起始材料。此外，前述襯底還可以重復(fù)使用，進(jìn)一步降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中圖形襯底其臺(tái)階表面和截面形狀示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中圖形襯底表面波紋形狀及其分布示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中制備碳化硅外延厚膜全過(guò)程示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中硅膜熔化和碳化硅生長(zhǎng)過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明公開(kāi)了一種在硅熔體表面通過(guò)CVD制備自支撐碳化硅晶圓的方法，包括：

(1)在一圖形襯底上制備硅膜；