專利名稱：采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳 化硅薄層的方法。
背景技術(shù)：
節(jié)能燈的節(jié)能效果相對于普通熒光燈有了大幅度的提升，也是目前技術(shù)最成熟、 最具有大規(guī)模推廣價值的照明產(chǎn)品。但新興的LED(Light EmittingDiode發(fā)光二極管)照 明產(chǎn)業(yè)更被認(rèn)為是當(dāng)前能源短缺和環(huán)境壓力下，照明行業(yè)惟一可持續(xù)性發(fā)展的新一代綠色 光源，是未來照明行業(yè)的發(fā)展方向。在同樣亮度下，LED照明耗電僅為普通白熾燈的1/10， 使用壽命是白熾燈的80-100倍。在全球能源危機、環(huán)保要求不斷提高的情況下，壽命長、節(jié) 能、安全、綠色環(huán)保、色彩豐富、微型化的半導(dǎo)體LED照明已被世界公認(rèn)為是繼火、白熾燈之 后人類照明史上第三次照明革命。
但是由于LED技術(shù)不成熟，加上高昂的造價，使得高功率LED遲遲沒法替代現(xiàn)有白 熾燈和熒光燈，其中，襯底的選擇與造價是最主要原因之一。
襯底材料是半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的基石。不同的襯底材料，需要不同的外延 生長技術(shù)、芯片加工技術(shù)和器件封裝技術(shù)，襯底材料決定了半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展路線。襯 底材料的選擇主要取決于以下九個方面
1、結(jié)構(gòu)特性好，外延材料與襯底的晶體結(jié)構(gòu)相同或相近、晶格常數(shù)失配度小、結(jié)晶 性能好、缺陷密度?。?br>
2、界面特性好，有利于外延材料成核且黏附性強；
3、化學(xué)穩(wěn)定性好，在外延生長的溫度和氣氛中不容易分解和腐蝕；
4、熱學(xué)性能好，包括導(dǎo)熱性好和熱失配度??；
5、導(dǎo)電性好，能制成垂直結(jié)構(gòu)；
6、光學(xué)性能好，制作的器件所發(fā)出的光被襯底吸收小；
7、機械性能好，器件容易加工，包括減薄、拋光和切割等；
8、價格低廉；
9、大尺寸，一般要求直徑不小于2英寸。
常用的襯底有以下三種
1、藍寶石(Al2O3),藍寶石襯底有許多的優(yōu)點首先，藍寶石襯底的生產(chǎn)技術(shù)成熟、 器件質(zhì)量較好；其次，藍寶石的穩(wěn)定性很好，能夠運用在高溫生長過程中；最后，藍寶石的 機械強度高，易于處理和清洗。因此，大多數(shù)工藝一般都以藍寶石作為襯底。
使用藍寶石作為襯底也存在一些問題，例如晶格失配和熱應(yīng)力失配，這會在外延 層中產(chǎn)生大量缺陷，同時給后續(xù)的器件加工工藝造成困難。
藍寶石是一種絕緣體，常溫下的電阻率大于1011Ω · cm，在這種情況下無法制作 垂直結(jié)構(gòu)的器件，通常只在外延層上表面制作η型和ρ型電極(如
圖1所示)。在上表面 制作兩個電極，造成了有效發(fā)光面積減少，同時增加了器件制造中的光刻和刻蝕工藝過程，結(jié)果使材料利用率降低、成本增加。由于P型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用在ρ型GaN上制 備金屬透明電極的方法，使電流擴散，以達到均勻發(fā)光的目的。但是金屬透明電極一般要吸 收約30% 40%的光，同時GaN基材料的化學(xué)性能穩(wěn)定、機械強度較高，不容易對其進行刻 蝕，因此在刻蝕過程中需要較好的設(shè)備，這將會增加生產(chǎn)成本。
藍寶石的硬度非常高，在自然材料中其硬度僅次于金剛石，但是在LED器件的制 作過程中卻需要對它進行減薄和切割(從400nm減到IOOnm左右)，添置完成減薄和切割工 藝的設(shè)備又要增加一筆較大的投資。
藍寶石的導(dǎo)熱性能不是很好(在100°C約為25W/(m · K))。因此在使用LED器件 時，難以傳導(dǎo)出大量的熱量；特別是對面積較大的大功率器件，導(dǎo)熱性能是一個非常重要的 考慮因素，但差導(dǎo)熱性使大功率的LED沒法在這一襯底上有實用性的價值。
2、硅襯底(Si)是一大家向往的材料，具有許多優(yōu)點，如晶體質(zhì)量高，尺寸大，易加 工，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和熱穩(wěn)定性等，但最吸引人的特點是，價錢幾乎是碳化硅的 百分之一。但其致命缺陷是晶格匹配(跟發(fā)光材料、GaAs, GaN...)程度不夠好，存在巨大 的晶格失配和熱失配，而且在GaN的生長過程中容易形成非晶氮化硅，所以在Si襯底上很 難得到無龜裂及器件級質(zhì)量的GaN材料。另外，由于硅襯底對光的吸收嚴(yán)重，LED出光效率 低。所以沒法生產(chǎn)出高質(zhì)量的LED，因為發(fā)光材料在硅上直接生長的過程會形成較多的缺 陷。所以至今我們還沒有看到大功率密度的發(fā)光材料從硅片上生產(chǎn)出來。
3、碳化硅(SiC)是相對最理想的襯底，晶格的匹配程度底，導(dǎo)熱性能好、化學(xué)穩(wěn)定 性好、導(dǎo)電性能好、不吸收可見光。由于其的電導(dǎo)率足夠好，所以LED結(jié)構(gòu)可做成縱向結(jié)構(gòu)， 而降低LED的生產(chǎn)成本。但是其價格非常昂貴(一片2英寸直徑，0. 25毫米厚的SiC，價格 高達600 900美元)，且晶體質(zhì)量難以達到Al2O3和Si那么好、機械加工性能比較差。
因此，國內(nèi)外SiC襯底今后研發(fā)的任務(wù)是如何大幅度降低制造成本和提高晶體結(jié) 晶質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法，可獲得 高質(zhì)量的碳化硅襯底。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄 層的方法，包含以下步驟
步驟1、在單晶硅襯底上進行碳離子注入；
采用能量為10 200kev，注入劑量為如6 IO19的C+離子進行注入；
注入能量決定注入層的深度，注入劑量決定最終得到的SiC層的厚度；
在離子注入過程中，硅片的溫度須維持一定的溫度(100 1200°C )；
步驟2、高溫退火；
將離子注入后的硅片放在退火爐中進行高溫處理，以最終形成SiC層。
本發(fā)明在硅襯底上利用C離子注入，而在硅襯底表面上生成一層高質(zhì)量的單晶硅 SiC層，從而使得高質(zhì)量發(fā)光材料可在SiC層上生長出來。
具體實施方式
一種采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法，包含以下步驟
步驟1、采用能量為10 200kev，注入劑量為IO"5 IO19的C+離子注入單晶硅襯 底；
在離子注入過程中，硅片的溫度須維持一定的溫度(100 1200°C )；
步驟2、高溫退火；
將離子注入后的硅片放在退火爐中進行高溫處理，以最終形成高質(zhì)量的SiC層。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法，其特征在于，包含以下 步驟步驟1、在單晶硅襯底上進行碳離子注入；注入能量決定注入層的深度，注入劑量決定最終得到的SiC層的厚度； 在離子注入過程中，硅片的溫度須維持一定的溫度； 步驟2、高溫退火；將離子注入后的硅片放在退火爐中進行高溫處理，以最終形成SiC層。
2.如權(quán)利要求1所述的采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法，其特征 在于，所述的步驟1中，采用能量為10 200kev，注入劑量為IO"5 IO19的C+離子進行注 入。
3.如權(quán)利要求2所述的采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法，其特征 在于，在所述步驟1的離子注入過程中，硅片的溫度維持在100 1200°C。
全文摘要
一種采用離子注入在單晶硅襯底上形成碳化硅薄層的方法，在硅襯底上利用碳離子注入，然后進行高溫退火，在硅襯底表面上生成一層高質(zhì)量的單晶硅SiC層，從而使得高質(zhì)量發(fā)光材料可在SiC層上生長出來。
文檔編號H01L33/00GK102034906SQ200910196329
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者陳炯 申請人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司