[发明专利]复合衬底及其制备方法、半导体器件、电子设备

说明书

本申请实施例提供一种复合衬底及其制备方法、半导体器件、电子设备，涉及半导体技术领域，用于解决因SiC成本高，导致AlxGayN基半导体器件成本高的问题。复合衬底，包括：承载层、碳化硅层以及至少一层外延层。碳化硅层设置在承载层上，与承载层键合；碳化硅层的材料包括单晶碳化硅。至少一层外延层设置在碳化硅层远离承载层一侧。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种复合衬底及其制备方法、半导体器件、电子设备。

背景技术

由于铝镓氮(AlxGayN，x≧0，y≧0)材料具有禁带宽度宽、电子饱和速度快、临界击穿场强高等优越的物理特性，因此，AlxGayN材料常用于制作高压、高频器件。基于此，AlxGayN基半导体器件以优越的开关速度快、导通电阻小等特点，在航天航空、无线通信、光电转换、充电适配器等领域有广泛的用途。但AlxGayN材料无天然本征晶体，不得不采用异质外延的方法获得，使得AlxGayN异质外延技术成为限制AlxGayN基半导体器件产业发展的关键技术之一。

当前，AlxGayN基半导体器件中，AlxGayN基复合衬底有层叠设置的AlxGayN和碳化硅(SiC)、层叠设置的AlxGayN和氧化铝(Al2O3)、层叠设置的AlxGayN和硅(Si)等类型。其中，SiC与AlxGayN晶格失配和热失配最小，因此，包括层叠设置的AlxGayN和SiC的AlxGayN基复合衬底缺陷密度低，成为高质量AlxGayN基复合衬底的理想结构。

但受SiC晶体生长方式和成品率限制，使得SiC的制备成本较高，导致包括层叠设置的AlxGayN和SiC的复合衬底制备成本较高，限制了AlxGayN基半导体器件在工业和消费类产品中的广泛应用。

发明内容

本申请实施例提供一种复合衬底及其制备方法、半导体器件、电子设备，用于解决因SiC成本高，导致AlxGayN基半导体器件成本高的问题。

为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，提供一种复合衬底，包括：承载层；碳化硅层，设置在承载层上，与承载层键合；碳化硅层的材料包括单晶碳化硅；至少一层外延层，设置在碳化硅层远离承载层一侧。

本申请实施例提供的复合衬底的制备方法，通过采用氢离子注入的方式对碳化硅单晶晶锭进行切割，可有效减小切割损耗、提升成品率和切割效率，而且剩余碳化硅单晶晶锭经抛光后可作为碳化硅单晶晶锭继续重复使用。因此，相比于采用GaN单晶衬底、SiC单晶衬底，本申请实施例提供的复合衬底的制备方法制备复合衬底，可以提高对碳化硅晶锭的利用率，降低成本。此外，本申请实施例提供的复合衬底的表面包括外延层(III-V族氮化物)，与采用在非单晶SiC衬底上生长半导体器件中的其他膜层相比，本申请实施例提供的复合衬底在外延层上生长半导体器件中的其他膜层时，由于碳化硅层与外延层的晶格失配小、热失配小，因此，在外延层上生长其他膜层时，外延缺陷密度小，可满足高质量的二次外延和半导体器件的制作需求。

在一种可能的实施例中，碳化硅层与承载层直接接触键合。这样一来，碳化硅层与承载层之间的距离小，复合衬底的导热性能好。

在一种可能的实施例中，碳化硅层与承载层直接接触键合形成的第一键合层的厚度小于或等于5nm。第一键合层的厚度太大，对复合衬底的导热性能都有影响。

在一种可能的实施例中，复合衬底还包括过渡层，过渡层位于碳化硅层和承载层之间；碳化硅层和承载层分别与过渡层键合。碳化硅层和承载层通过过渡层键合，键合效果好，键合难度低。

在一种可能的实施例中，碳化硅层与过渡层键合形成第二键合层，承载层与过渡层键合形成第三键合层；过渡层、第二键合层以及第三键合层的厚度之和小于或等于100nm。过渡层、第二键合层以及第三键合层的厚度之和太大，对复合衬底的导热性能都有影响。

在一种可能的实施例中，外延层的材料包括III-V族氮化物。III-V族氮化物和碳化硅层的热失配和晶格失配小。