[發(fā)明專利]一種硅基碳化硅薄膜材料制備方法

有效

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• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114525489B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設計）人: 歐欣;伊艾倫;王成立
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/06;C23C14/58
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 王若愚

本發(fā)明涉及信息功能材料制備領域，特別涉及一種硅基碳化硅薄膜材料制備方法，包括：將第一碳化硅晶圓和第二碳化硅晶圓鍵合形成第一鍵合結(jié)構(gòu)；對所述第一鍵合結(jié)構(gòu)進行退火處理，沿所述第一碳化硅晶圓的缺陷層剝離部分所述第一碳化硅晶圓；在第一碳化硅晶圓上外延生長第一純度的碳化硅外延層，所述碳化硅外延層表面形成有第三鍵合介質(zhì)層；將所述第一鍵合結(jié)構(gòu)和硅襯底鍵合形成第二鍵合結(jié)構(gòu)；面向所述第二碳化硅晶圓切割至所述第一鍵合介質(zhì)層，去除所述第二碳化硅晶圓和所述第一碳化硅晶圓，暴露所述碳化硅外延層，得到硅基碳化硅薄膜材料。本發(fā)明解決了碳化硅薄膜制備技術(shù)中單晶質(zhì)量差、無法通過傳統(tǒng)薄膜沉積異質(zhì)外延、薄膜均勻性差的技術(shù)問題。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及信息功能材料制備領域，特別涉及一種硅基碳化硅薄膜材料制備方法。

背景技術(shù)

作為第三代半導體中的代表性材料，碳化硅結(jié)合了寬帶隙、高物理強度、高熱導率，高抗腐蝕性、高熔點、高光學二階三階非線性系數(shù)、寬透光窗口、廣域缺陷發(fā)光窗口等多方面的優(yōu)異特性于一身，是集成光學、非線性和光機械器件的理想材料。高折射率實現(xiàn)了光學模式的高限制，在色散領域?qū)砀蟮撵`活性。寬帶隙使得在大功率下的光吸收損失最小化，高二階和三階使得碳化硅在非線性光學應用中具有出色的性能，因此，高質(zhì)量的高純碳化硅薄膜和低折射率層的集成材料結(jié)構(gòu)是大規(guī)模集成光量子學的理想平臺。

碳化硅材料具有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，在硅襯底表面沉積碳化硅薄膜。用這種方法制備的3C-SiC薄膜主要是多晶薄膜，晶體質(zhì)量無法達到單晶。而對于4H-SiC和6H-SiC，由于4H-SiC和6H-SiC的生長溫度大于硅的熔點溫度，無法通過傳統(tǒng)薄膜沉積異質(zhì)外延的方法在硅襯底生長單晶碳化硅薄膜，而在碳化硅上同質(zhì)外延SiC薄膜則由于沒有中間氧化層的阻隔，造成光學器件性能下降。因此，這造成了碳化硅薄膜在針對集成光學應用的生長上的困難。而由于碳化硅自身的硬度大和耐腐蝕等特性，直接加工體材料同樣十分困難。

目前，國際上已報道的碳化硅異質(zhì)集成薄膜的制備方法主要有兩種，一種是利用離子注入智能剝離的方法，另一種是利用鍵合后機械研磨減薄的方法。前者具有由于離子注入的損傷會造成器件性能下降的問題，后者則因為減薄工藝對薄膜厚度控制極差，薄膜厚度偏差大造成器件間性能差距大無法可控制備。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本申請所要解決現(xiàn)有技術(shù)中碳化硅薄膜制備技術(shù)中單晶質(zhì)量差、無法通過傳統(tǒng)薄膜沉積異質(zhì)外延、薄膜均勻性差的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本申請公開了一種硅基碳化硅薄膜材料制備方法，包括：

獲取第一碳化硅晶圓，所述第一碳化硅晶圓的第一表面形成有第一鍵合介質(zhì)層，面向所述第一表面對所述第一碳化硅晶圓進行離子注入，在所述第一碳化硅晶圓內(nèi)形成缺陷層；

獲取第二碳化硅晶圓，所述第二碳化硅晶圓的第一表面形成有第二鍵合介質(zhì)層，將所述第一碳化硅晶圓和所述第二碳化硅晶圓通過所述第一鍵合介質(zhì)層與所述第二鍵合介質(zhì)層鍵合形成第一鍵合結(jié)構(gòu)；

對所述第一鍵合結(jié)構(gòu)進行退火處理，沿所述缺陷層剝離部分所述第一碳化硅晶圓；

在退火后的所述第一鍵合結(jié)構(gòu)的所述第一碳化硅晶圓上外延生長第一純度的碳化硅外延層，所述碳化硅外延層表面形成有第三鍵合介質(zhì)層；

獲取硅襯底，所述硅襯底的第一表面形成有第四鍵合介質(zhì)層，將退火后的所述第一鍵合結(jié)構(gòu)和所述硅襯底通過所述第三鍵合介質(zhì)層和所述第四鍵合介質(zhì)層鍵合形成第二鍵合結(jié)構(gòu)；

面向所述第二碳化硅晶圓切割至所述第一鍵合介質(zhì)層，去除所述第二碳化硅晶圓和所述第一碳化硅晶圓，暴露所述碳化硅外延層，得到硅基碳化硅薄膜材料。