[发明专利]一种硅基异质集成碳化硅薄膜结构的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅基异质集成碳化硅薄膜结构的制备方法，包括步骤：提供具有注入面的碳化硅单晶晶片；从注入面向碳化硅单晶晶片进行氢离子注入形成注入缺陷层，该注入缺陷层的上方形成碳化硅单晶薄膜；将注入面与一硅支撑衬底键合，得到包括碳化硅单晶晶片和硅支撑衬底的第一复合结构；对第一复合结构进行退火处理，使得第一复合结构沿着注入缺陷层剥离，得到第二复合结构，其中，注入缺陷层形成损伤层，第二复合结构包括损伤层、碳化硅单晶薄膜和硅支撑衬底；对第二复合结构进行表面处理以除去损伤层，得到包括碳化硅单晶薄膜和硅支撑衬底的硅基异质集成碳化硅薄膜结构。本发明的制备方法得到的集成薄膜结构不存在结晶质量差的问题。

技术领域

本发明涉及信息功能材料的制备，更具体地涉及一种硅基异质集成碳化硅薄膜结构的制备方法。

背景技术

SiC是一种宽禁带半导体材料，禁带宽度为2.3-3.4eV，在高温环境中仍然具有稳定的电学性能。SiC的努氏硬度达到2480kg/mm²，杨氏模量达到700GPa，具有出色的机械性能。此外，SiC材料化学性质稳定，可以工作在具有强腐蚀性的环境中，是高温，高压等严酷条件下微机电系统(MEMS)的器件的理想材料。

此外，考虑到SiC的光学特性，SiC是集成光学，非线性和光机械器件的理想材料。与其他材料相比，SiC结合了高折射率(n＝2.6)，宽禁带，高二阶和三阶非线性系数。高折射率实现了光学模式的高限制，在色散领域将带来更大的灵活性。宽带隙使得在大功率下的光吸收损失最小化，高二阶和三阶使得SiC在非线性光学应用中具有出色的性能。

SiC材料具有200多种晶型，其中应用最多的是3C-SiC，4H-SiC和6H-SiC。3C-SiC薄膜主要是利用常压化学气相沉积(APCVD)和减压化学气相沉积(RPCVD)的方法，在Si衬底表面沉积SiC薄膜。用这种方法制备的3C-SiC薄膜主要是多晶薄膜，晶体质量无法达到单晶。然而，由于4H-SiC，6H-SiC的生长温度大于硅的熔点温度，无法通过传统薄膜沉积异质外延的方法在硅衬底生长单晶SiC薄膜，因此，这造成了SiC薄膜在生长上的困难。而由于SiC自身的硬度大和耐腐蚀等特性，直接加工体材料又十分困难。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法通过传统薄膜沉积异质外延的方法在硅衬底生长单晶SiC薄膜的问题，本发明旨在提供一种硅基异质集成碳化硅薄膜结构的制备方法。

本发明提供一种硅基异质集成碳化硅薄膜结构的制备方法，包括步骤：S1，提供具有注入面的碳化硅单晶晶片；S2，从所述注入面向碳化硅单晶晶片进行氢离子注入，使得注入离子到达预设深度并在预设深度处形成注入缺陷层，该注入缺陷层的上方形成碳化硅单晶薄膜；S3，将所述注入面与一硅支撑衬底键合，得到包括碳化硅单晶晶片和硅支撑衬底的第一复合结构；S4，对第一复合结构进行退火处理，使得第一复合结构沿着注入缺陷层剥离，得到第二复合结构，其中，注入缺陷层形成损伤层，第二复合结构包括损伤层、碳化硅单晶薄膜和硅支撑衬底；S5，对第二复合结构进行表面处理以除去损伤层，得到包括碳化硅单晶薄膜和硅支撑衬底的硅基异质集成碳化硅薄膜结构。

优选地，所述碳化硅单晶晶片的尺寸为毫米级晶片或晶圆级晶片。

优选地，氢离子注入的能量为20keV-2MeV，剂量为1×10¹⁶cm^-2-1×10¹⁷cm^-2。优选地，预设深度为100nm-2μm，即所述碳化硅单晶薄膜的厚度为100nm-2μm。在一个优选的实施例中，该碳化硅单晶薄膜的厚度为500nm。

优选地，所述硅支撑衬底为衬底晶圆。优选地，所述硅支撑衬底的厚度为200μm-1mm。