本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料制備領(lǐng)域，特別是一種異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法。

背景技術(shù)：

1、碳化硅（sic）具有一種特殊的晶體結(jié)構(gòu)，采用了類似于鉆石的六方密堆積結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得碳化硅具有出色的熱導(dǎo)率和高耐高溫性能。與傳統(tǒng)硅材料相比，碳化硅的帶隙寬度更大，可提供更高的電子能帶間隔，從而實現(xiàn)更高的電子遷移率和更低的漏電流。此外，碳化硅還具有較高的電子飽和漂移速度和較低的材料本身電阻率，為高功率應(yīng)用提供了更好的性能。這些特性使得碳化硅晶圓在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景?。碳化硅晶圓可用于制造高功率密度的開關(guān)器件，如電動車輛的功率模塊和太陽能逆變器。其高熱導(dǎo)率和高耐高溫性能使其在高溫環(huán)境下提供穩(wěn)定的工作性能，實現(xiàn)更高效能的能量轉(zhuǎn)換和更小型化的設(shè)計。

2、金剛石還具有寬禁帶、高擊穿場強(qiáng)、高載流子飽和漂移速度等特性，這些特性使得金剛石在高頻高壓條件下具有廣泛且不可替代的應(yīng)用優(yōu)勢和前景。金剛石的禁帶寬度為5.5ev，載流子遷移率是硅材料的3倍，且在室溫下有極低的本征載流子濃度，具備優(yōu)異的耐高溫屬性。這些特性使得金剛石成為比碳化硅更適合作為半導(dǎo)體材料。

3、如果能將碳化硅和金剛石復(fù)合作為半導(dǎo)體材料無疑是一種更好的方式，但是目前制約金剛石半導(dǎo)體性能開發(fā)的主要瓶頸除了單晶金剛石晶圓難以大批量低成本制造之外，金剛石的高濃度n型摻雜短期之內(nèi)仍然是難以突破的瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實施的：

3、本發(fā)明的目的是要提供一種異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、組裝金剛石碳化硅復(fù)合晶圓合成塊：合成塊包括內(nèi)部設(shè)有柱形腔體的葉臘石方形管，葉臘石方形管的柱形腔體內(nèi)壁嵌入有復(fù)合葉臘石管，復(fù)合葉臘石管的內(nèi)徑與葉臘石方形管的內(nèi)徑相同；復(fù)合葉臘石管內(nèi)套置有加熱管，加熱管兩端設(shè)有加熱片，加熱管內(nèi)套置有絕緣杯，絕緣杯兩端設(shè)有封堵絕緣片；復(fù)合葉臘石管的兩端口處由內(nèi)至外依次設(shè)有復(fù)合葉臘石封堵塊和葉臘石封堵塊，貫穿所述復(fù)合葉臘石封堵塊和葉臘石封堵塊中心設(shè)有導(dǎo)電鋼圈，導(dǎo)電鋼圈的內(nèi)端面與加熱片的外端面相接觸；絕緣杯內(nèi)套置有金剛石碳化硅復(fù)合晶圓合成塊，所述金剛石碳化硅復(fù)合晶圓合成塊包括套置在絕緣杯內(nèi)壁的碳管，碳管的頂端和末端內(nèi)分別設(shè)有封堵碳片，碳管內(nèi)由上至下設(shè)有若干隔離碳片，相鄰兩片隔離碳片之間由下至上依次鋪設(shè)有鎳錳鈷合金片和碳化硅晶圓片；位于碳管中的最下層的隔離碳片的下端面與碳管下端的封堵碳片上端面接觸，位于碳管中的最上層的隔離碳片的上端面與碳管上端的封堵碳片下端面接觸；

5、s2、制備金剛石碳化硅復(fù)合晶圓：將上述合成塊裝入六面頂壓機(jī)的合成腔內(nèi)，采用分段升壓工藝，將合成腔體內(nèi)壓力升高到4.5~6gpa，溫度達(dá)到1400~1700度并保持20~80分鐘，每一層的鎳錳鈷合金片融化，碳化硅晶圓片接觸鎳錳鈷合金片的一面，碳化硅晶圓片內(nèi)的硅會融入鎳錳鈷合金片，因為合成腔體內(nèi)的高溫超高壓環(huán)境處于金剛石的穩(wěn)定區(qū)，碳化硅晶圓片內(nèi)剩余的碳原子以金剛石晶體結(jié)構(gòu)重新排列，最終生異質(zhì)外延成金剛石層碳化硅復(fù)合晶圓，將金剛石層碳化硅復(fù)合晶圓從碳管中取出，冷卻至室溫。

6、進(jìn)一步地，所述鎳錳鈷合金片中，鎳的重量百分比為50%~80%；錳的重量百分比為15%~30%；鈷的重量百分比為1%~10%。

7、進(jìn)一步地，所述碳化硅晶圓片的厚度為0.2~2mm。

8、進(jìn)一步地，所述鎳錳鈷合金片的厚度為0.1-2mm。

9、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在金剛石面硼摻雜、在碳化硅面摻雜磷，可以再晶圓上集成出芯片制造最基礎(chǔ)的pn節(jié)結(jié)構(gòu)，制造出耐電壓程度更高、運行速度更快、更耐高溫、制程更小的半導(dǎo)體芯片，對于微電子行業(yè)和高性能芯片開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義；而且單次可合成10~40片金剛石碳化硅復(fù)合晶圓。

技術(shù)特征：

1.一種異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法，其特征在于：所述鎳錳鈷合金片中，鎳的重量百分比為50%~80%；錳的重量百分比為15%~30%；鈷的重量百分比為1%~10%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法，其特征在于：所述碳化硅晶圓片的厚度為0.2~2mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法，其特征在于：所述鎳錳鈷合金片的厚度為0.1-2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于金剛石散熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓的制備方法，將合成塊裝入六面頂壓機(jī)，采用分段升壓工藝進(jìn)行加工，每一層內(nèi)部的鎳錳鈷合金片融化，碳化硅晶圓接觸合金片的一面，碳化硅晶圓內(nèi)的硅會融入鎳錳鈷合金片，因合成腔體內(nèi)的高溫超高壓環(huán)境處于金剛石的穩(wěn)定區(qū)，碳化硅晶圓內(nèi)剩余的碳原子會以金剛石晶體結(jié)構(gòu)重新排列，得到異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓。本發(fā)明通過在金剛石面硼摻雜、在碳化硅面摻雜磷，可以再晶圓上集成出芯片制造最基礎(chǔ)的PN節(jié)結(jié)構(gòu)，制造出耐電壓程度更高、運行速度更快、更耐高溫、制程更小的半導(dǎo)體芯片，對于微電子行業(yè)和高性能芯片開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義；而且單次可合成10~40片異質(zhì)外延金剛石碳化硅復(fù)合晶圓。

技術(shù)研發(fā)人員：趙仁玉,趙均苒,石安家,黃超然,趙建輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：焦作天寶桓祥機(jī)械科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19