具有改善的单晶材料使用效率的伪衬底的制作方法_3

文档序号:8399374阅读:来源:国知局
55]图4a图示了 SiC单晶锭401和Si操作衬底402。作为另一选择,诸如SiC、W、AlN或石墨等材料也可用于操作衬底402。与第一实施方式相似,如图4b所示,可从晶锭401切取或锯得SiC切片405,其厚度大致等于临界厚度,低于该临界厚度时,切片405不再是机械稳定的。这里,切片405具有两个自由表面406、407,该两个自由表面都显示出切割处理所致的一定水平的表面粗糙度,并且对于约2英寸的直径而言,其厚度为约300 μπι。与第一实施方式相似,操作衬底402也包括两个自由表面403、404,并且初始SiC锭201的剩余部分401'然后可以再次用于切割其他单晶切片而特别是不需要进行任何抛光步骤。
[0056]依据发明的变型,并且如图4c所示,切片405随后可借助热机械稳定的粘合剂层408 (如石墨基粘合剂),与衬底402的一个自由表面403附接,而不进行任何抛光步骤。尤其是,切片405的背侧,即将要进行附接的自由表面407,在附接之前未进行抛光。为了增强粘合剂层408,由此形成的伪衬底409随后可在1000°C?1500°C的温度范围内进行退火。
[0057]依据本发明方法的又一变型,为了改善表面406的品质以进行随后的外延生长,伪衬底409然后可类似于晶片进行处理,并经历诸如对自由单晶表面406进行斜切、切割平面或槽口和/或抛光等数个制备和修整步骤。
[0058]例如,为了调整单晶切片405的厚度或伪衬底409的整体厚度,伪衬底409还可以在其一个自由表面406或404进行抛光,或进行双侧抛光。与第一实施方式相似,第二实施方式的SiC切片405可经减薄至约50 μ m?100 μ m的厚度范围,以形成具有减薄表面406丨的经减薄的切片405 ^。
[0059]为了获得电子元件的有源部分,减薄步骤后可以是化学气相沉积(CVD)步骤。这通过图4d中的层410示意性所示,其仅仅是所得结构体411的代表,但并不代表此步骤期间可沉积的层数或各层的相对厚度。在第四实施方式中,可在此步骤中在高于1500°C的温度下沉积至少约10 μπι的掺杂受控的外延层结构体,如漂移层。此种漂移层410的厚度可限定结的击穿电压,例如在SiC的情况下,厚度为I μ m且掺杂剂为106/cm3的情况击穿电压是 10Vo
[0060]依据本发明的第四实施方式的再一变型,与图1?3所示的前三个实施方式相似,在第四实施方式中,可执行随后的其他技术步骤,诸如离子注入、退火步骤或沉积接触层。此外,操作衬底402还可以使用研磨或抛光技术除去最终组件411上的衬底402的背侧或剩余自由表面404。有利地,此种步骤能够将粘合剂层408从单晶切片405或405'的背侧407去除,该切片405或405'随后可进行处理以例如建立电接触,并可最终分离以形成最终电子元件。
[0061]图5a?5e图不了第五不例性实施方式。
[0062]图5a图示了 GaN单晶锭501和操作衬底502,其在此实例中是Si晶片。可选地,还可将如SiC、YAG、ZnO、A1N、蓝宝石、S1、Ge、II1-V族半导体、压电材料、LiNbO3^ 1^了&03等材料用于单晶锭501。Si以外的其他材料也可用于操作衬底502,条件是CTE差异较低。如前述实施方式中所述,操作衬底502包括两个自由表面503、504。
[0063]在第五实施方式中,如图5b所示,加强物层509附接在单晶锭501的自由表面506上。在第五实施方式中,加强物509是衬底,诸如聚合物,如商用Mylar带等强力聚酯胶带,不过也可以是至少在900°C化学和物理稳定的难熔金属,如W或Mo等。在难熔金属的层509的变型中,层509的厚度可以是约100 μm,并且可通过如化学气相沉积(CVD)进行沉积。
[0064]依据本发明的变型,如图5c所示,加强物层509现在提供了足够的机械稳定性以切取厚度甚至可以低于临界厚度的单晶锭501的薄切片505。在这个实例中,可从晶锭501锯得约100 μ m的切片505,其小于GaN的临界厚度。薄切片505和加强物509现在形成了具有单晶材料自由表面507的机械稳定的自支撑结构体510,自由表面507可显示出切割(如锯割)处理导致的一定水平的表面粗糙度。与第一实施方式相似,初始单晶锭501的剩余部分501'可然后再次用于切取其他单晶切片505,而尤其是不会经历任何抛光步骤。这样可以进行随后的切割步骤,因为加强物509将补偿晶锭501'的表面粗糙度,并实现足够的机械稳定性以用于切割具有厚度大致等于或小于晶锭501'的单晶材料的临界厚度的新薄层505。
[0065]按照本发明方法的变型,并如图5d所示,借助粘合剂层508,将自支撑结构体510中包含的切片505的自由表面507附接至操作衬底502的表面503,粘合剂层508补偿了薄层505的自由表面507的表面粗糙度,其在附接之前没有进行任何抛光步骤,并由此仍表现出切割步骤导致的表面粗糙度。与前述实施方式相似,粘合剂508可以是陶瓷基或石墨基粘合剂。为了增强粘合层508,由此形成的中间伪衬底511然后在80°C?400°C的温度范围内进行退火。
[0066]依据本发明方法的变型,伪衬底511然后可类似于晶片进行处理,并经历如斜切、切割平面或槽口和/或还去除加强物509等若干制备和修整步骤,在这种情况下,加强物509随后仅用作用于获得薄于单晶材料的临界厚度的切片505的临时衬底。如图5e所示,可由此获得最终伪衬底512,其具有甚至更薄的单晶层505'和经减薄和/或抛光的单晶自由表面506' ο
[0067]图6a?6d图示了第六示例性实施方式。
[0068]图6a图示了 SiC单晶锭601和Si操作衬底602。在本实施方式的变型中,可以使用与前述实施方式中相同的替代性材料。与前述实施方式相似,操作衬底602还包括两个自由表面603、604。
[0069]依据本发明方法的变型,在第六实施方式中,如图6b所示,在晶锭601的自由表面607上,特别是通过化学气相沉积(CVD)或通过等离子增强化学气相沉积(PECVD)来沉积加强物层608。在该实施方式中,沉积的层608是氧化物层,该氧化物层被选择为具有与晶锭601的材料自然氧化物相同的特性。如此,可在替代性实施方式中使用多种氧化物,并且氧化物将主要取决于晶锭601的材料。氧化物层608补偿了其沉积的晶锭501的表面607的表面粗糙度。
[0070]在该实施方式的变型中,加强物可以是至少在900°C化学和物理稳定的难熔金属,例如W或Mo等。在难熔金属层608的变型中,层608的厚度可以是约100 μ m,并且可以例如通过化学气相沉积(CVD)进行沉积。
[0071]依据本发明的变型,如图6c所示,沉积层608是加强物,其现在提供了足够的机械稳定性,以切取厚度可以甚至低于临界厚度的单晶锭601的薄切片605。在这个实例中,切片605的厚度是约100 μ m,其小于晶锭601材料(如SiC)的临界厚度。薄切片605和氧化物层608现在形成了具有单晶材料自由表面606的机械稳定的自支撑结构体609,其可以显示出切割(如锯割)处理导致的一定水平的表面粗糙度。与第一实施方式相似,如图6c中进一步所示,初始单晶锭601的剩余部分601'然后可再次用于切取其他单晶切片605,而尤其是不会经历任何抛光步骤。与第五实施方式相似,这由于以下因素而是可能的:沉积的氧化物608将补偿晶锭601'的表面粗糙度,并实现足够的机械稳定性以用于切取厚度大致等于或小于晶锭601'的单晶材料临界厚度的新薄层605。
[0072]按照本发明方法的变型,现可使用粘合剂(如陶瓷或石墨基粘合剂)将形成具有氧化物层608的自支撑结构体609的薄切片605借助其自由单晶表面606附接至操作衬底602,从而得到与图5d所示的第五实施方式的中间伪衬底511相似的伪衬底。
[0073]不过,在第六实施方式中,并且如图6d所示,可利用氧化物层608形成自支撑结构体609的加强和机械稳定化部分的优点。在第六实施方式中,使用氧化物层608作为键合层,通过分子键合将自支撑结构体609附接至操作衬底602的自由表面603。这特别由于以下因素而是可能的:氧化物层608补偿了其沉积的单晶表面607的表面粗糙
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