一种复合衬底及其制作方法、半导体器件与流程

本发明涉及半导体衬底领域，特别是一种复合衬底及一种半导体器件。

背景技术：

1、目前，由于缺少高质量、大尺寸的商用氮化镓衬底，氮化镓基器件一般是通过异质外延的方法生长于蓝宝石、sic或硅等衬底上。硅衬底作为一种重要的氮化镓异质外延衬底具有晶体质量高，晶圆尺寸大，热导率高(约是蓝宝石的3倍)，价格低，衬底电导率可以通过掺杂控制等优点，因而越来越受到产业界的关注。在硅衬底上异质外延生长gan薄膜时，主要存在两个技术难点：一个是氮化镓外延膜和硅衬底之间存在较大的晶格失配(16.9％)使得外延膜中存在大量的穿透位错导致外延薄膜的晶体质量较差；另一个更重要的是硅衬底和氮化镓薄膜间存在巨大的热失配(54％)使得硅基氮化镓外延翘曲难以控制且外延膜边缘很容易产生裂纹。通常解决硅衬底与氮化镓间巨大热失配的方法是在高温外延生长中，利用aln和gan之间的晶格失配(2.4％)在氮化镓高温外延生长中引入足够的压应力补偿生长完降温热失配产生的张应力，从而获得低应力低翘曲的外延片。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提高衬底的机械强度，进一步改善后续制作的半导体结构的外延晶体质量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种复合衬底，包括依次层叠设置的第一衬底、键合层和第二衬底，第一衬底包括设置在靠近第二衬底一侧的多个凸起结构，至少两个凸起结构之间形成凹槽；键合层至少部分覆盖凸起结构。

3、进一步地，键合层覆盖凹槽靠近第一衬底一侧的底面和侧面。

4、进一步地，键合层和第二衬底的材料相同。

5、更进一步地，键合层包括第一键合层和第二键合层，在第一衬底的厚度方向上，第一键合层和第二键合层层叠设置。

6、进一步地，第二衬底包括sic，键合层包括sic或sicn或sicaln。

7、进一步地，第一衬底、键合层和第二衬底均为n型掺杂半导体材料。

8、进一步地，凹槽在垂直于第一衬底所在平面的截面为多边形或弓形。

9、进一步地，凸起结构靠近第二衬底的一侧设置图形化的第一介质层，第一介质层包括多个开口，多个开口与多个凹槽一一对应。

10、进一步地，第一衬底为多层结构，第一衬底包括第一子层和位于第一子层上方的凸起结构，其中第一子层和凸起结构材料不同。

11、进一步地，凹槽在第一衬底所在平面的投影形状包括多边形或圆形中任意一种。

12、更进一步地，多边形的边长尺寸范围为1um～1mm，或，圆形的直径范围为1um～1mm。

13、进一步地，复合衬底还包括第二键合层，第二键合层覆盖第二衬底靠近第一衬底一侧的表面。

14、更进一步地，第二键合层的材料与键合层的材料相同。

15、进一步地，第一衬底及第二衬底的侧壁形成倒角。

16、更进一步地，复合衬底还包括第三介质层，第三介质层保形地覆盖于第一衬底的侧壁、第一衬底远离第二衬底一侧的表面以及第二衬底的侧壁。

17、进一步地，第一衬底的材料为晶向为(100)的硅，第二衬底的材料为晶向为(111)的硅。

18、本发明还提供了一种半导体器件，包括上述的复合衬底、成核层、缓冲层和器件层，成核层、缓冲层和器件层依次设于复合硅衬底的第二衬底上。

19、本发明还提供了一种复合衬底的制作方法，包括：图形化刻蚀第一衬底的一侧，以形成多个凸起结构，至少两个凸起结构之间形成凹槽；在凸起结构远离第一衬底的一侧形成键合层，以使键合层至少部分覆盖凸起结构；在键合层远离第一衬底的一侧键合第二衬底。

20、进一步地，在凸起结构远离第一衬底的一侧形成键合层的方法包括：外延。

21、进一步地，第一衬底为硅，第二衬底为sic；在凸起结构远离第一衬底的一侧形成键合层的方法包括：对凸起结构远离第一衬底的一侧碳化，形成sic层。

22、本发明提供的复合衬底通过设置键合层，可以改善第一衬底和第二衬底的键合强度，提升复合衬底的机械强度；设置凹槽，可以衰减由第二衬底传向第一衬底的应力，以提高复合衬底的机械强度，避免后续外延过程中发生塑性形变。

技术特征：

1.一种复合衬底，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述键合层覆盖所述凹槽靠近所述第一衬底一侧的底面和侧面。

3.根据权利要求2所述的复合衬底，其特征在于，所述键合层包括第一键合层和第二键合层，在所述第一衬底的厚度方向上，所述第一键合层和所述第二键合层层叠设置。

4.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述键合层和所述第二衬底的材料相同。

5.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述第二衬底包括sic，所述键合层包括sic或sicn或sicaln。

6.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述第一衬底、所述键合层和所述第二衬底均为n型掺杂半导体材料。

7.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述凹槽在垂直于所述第一衬底所在平面的截面为多边形或弓形。

8.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述凸起结构靠近所述第二衬底的一侧设置图形化的第一介质层，所述第一介质层包括多个开口，所述多个开口与所述多个凹槽一一对应。

9.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述第一衬底为多层结构，所述第一衬底包括第一子层和位于第一子层上方的凸起结构，其中所述第一子层和所述凸起结构材料不同。

10.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述凹槽在所述第一衬底所在平面的投影形状包括多边形或圆形中任意一种。

11.根据权利要求10所述的复合衬底，其特征在于，所述多边形的边长尺寸范围为1um～1mm，或，所述圆形的直径范围为1um～1mm。

12.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述复合衬底还包括第二键合层，所述第二键合层覆盖所述第二衬底靠近所述第一衬底一侧的表面。

13.根据权利要求12所述的复合衬底，其特征在于，所述第二键合层的材料与所述键合层的材料相同。

14.根据权利要求1所述的复合衬底，其特征在于，所述第一衬底及所述第二衬底的侧壁形成倒角。

15.根据权利要求14所述的复合衬底，其特征在于，所述复合衬底还包括第三介质层，所述第三介质层保形地覆盖于所述第一衬底的侧壁、所述第一衬底远离所述第二衬底一侧的表面以及所述第二衬底的侧壁。

16.根据权利要求1至权利要求15中任意一项所述的复合衬底，其特征在于，所述第一衬底的材料为晶向为(100)的硅，所述第二衬底的材料为晶向为(111)的硅。

17.一种半导体器件，其特征在于：

18.一种复合衬底的制作方法，其特征在于，包括：

19.根据权利要求18所述的制作方法，其特征在于，在所述凸起结构远离所述第一衬底的一侧形成键合层的方法包括：外延。

20.根据权利要求18所述的制作方法，其特征在于，所述第一衬底为硅，所述第二衬底为sic；

技术总结
本发明公开一种复合衬底、半导体器件和复合衬底的制作方法，复合衬底包括依次层叠设置的第一衬底、键合层和第二衬底，第一衬底包括设置在靠近第二衬底一侧的多个凸起结构，至少两个凸起结构之间形成凹槽；键合层至少部分覆盖凸起结构。本发明提供的复合衬底通过设置键合层，可以改善第一衬底和第二衬底的键合强度，提升复合衬底的机械强度；设置凹槽，可以衰减由第二衬底传向第一衬底的应力，以提高复合衬底的机械强度，避免后续外延过程中发生塑性形变。

技术研发人员：程凯
受保护的技术使用者：苏州晶湛半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22