本發(fā)明涉及電力器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及復(fù)合襯底及其制備方法、及外延片。

背景技術(shù)：

目前電力器件的襯底多采用硅(Si)襯底，也有采用碳化硅(SiC)襯底、或GaN襯底。

硅襯底，其優(yōu)點(diǎn)是尺寸大、成本低、易加工，且具有良好的導(dǎo)熱性。然而，硅襯底的缺點(diǎn)是，硅為窄禁帶寬度材料，不合適高溫工作；同時(shí)其電子遷移率較低。

碳化硅襯底，其禁帶寬度大于硅，同時(shí)電子遷移率也大于硅。但是碳化硅襯底的成本較高。

GaN襯底，其禁帶寬度比碳化硅還大，可以在200℃下正常工作，同時(shí)電子遷移率也優(yōu)于碳化硅。然而GaN襯底成本非常高，不利于降低電力器件的成本。

由于GaN特殊的性質(zhì)，自然界缺乏天然的GaN單晶材料。GaN襯底可通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上異質(zhì)外延而獲得。

目前，無(wú)論哪一種均無(wú)法滿足的越來(lái)越高的需求，襯底性能還有待于進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對(duì)現(xiàn)有的襯底性能差的問(wèn)題，提供一種性能較高的襯底。

一種復(fù)合襯底，包括：

硅襯底層；

以及藍(lán)寶石襯底層，用于生長(zhǎng)外延層；

所述藍(lán)寶石襯底層鍵合在所述硅襯底層上。

上述復(fù)合襯底，由藍(lán)寶石襯底層與硅襯底層采用鍵合工藝成為一體，該復(fù)合襯底，可以在藍(lán)寶石襯底層上生長(zhǎng)高質(zhì)量的外延層(例如高質(zhì)量的氮化鎵層)，從而可以制造出性能優(yōu)異的電力器件，同時(shí)該復(fù)合襯底的硅襯底層，可以滿足大尺寸主流生產(chǎn)線的需求，與現(xiàn)有的硅襯底工藝兼容；另外，避免使用大尺寸的藍(lán)寶石片，可以有效降低電力器件的成本較低。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述復(fù)合襯底還包括生長(zhǎng)在所述藍(lán)寶石襯底層上的硅膜；所述藍(lán)寶石襯底層通過(guò)所述硅膜與所述硅襯底層鍵合。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述藍(lán)寶石襯底層的厚度為20μm。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述硅襯底層的直徑大于等于6英寸。

本發(fā)明還提供了一種復(fù)合襯底的制備方法。

一種復(fù)合襯底的制備方法，包括如下步驟：

將藍(lán)寶石片與硅晶片鍵合，形成鍵合體；

將鍵合體中的藍(lán)寶石片減薄，得到復(fù)合襯底。

上述復(fù)合襯底的制備方法，制成的復(fù)合襯底可以生長(zhǎng)出高質(zhì)量的外延層，，同時(shí)可以滿足大尺寸主流生產(chǎn)線的需求，與硅襯底電力器件的工藝兼容，可以有效降低電力器件的成本較低。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述藍(lán)寶石片與硅晶片鍵合的步驟包括：

在所述藍(lán)寶石片上生長(zhǎng)硅膜，將所述硅膜與硅晶片鍵合。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述生長(zhǎng)為氣相外延生長(zhǎng)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述減薄為研磨拋光減薄。

本發(fā)明還提供了一種外延片。

一種外延片，包括本發(fā)明所提供的復(fù)合襯底以及生長(zhǎng)在所述復(fù)合襯底上的外延層。

上述外延片，由于采用本發(fā)明所提供的復(fù)合襯底，故外延層質(zhì)量較高，并且可以有效降低外延片的成本，并與現(xiàn)有的大尺寸工藝兼容。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述外延層為氮化鎵層。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的復(fù)合襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為帶硅膜的藍(lán)寶石片上的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為藍(lán)寶石片與硅晶片鍵合之后形成的鍵合體的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一實(shí)施例的復(fù)合襯底100，包括藍(lán)寶石襯底層110以及硅襯底層120。

其中，藍(lán)寶石襯底層110，其主要目的是，用于生長(zhǎng)外延層；也就是說(shuō)，外延層是生長(zhǎng)在復(fù)合襯底100的藍(lán)寶石襯底層110上。

其中，硅襯底層120的主要作用是，用于支撐藍(lán)寶石層110。

其中，藍(lán)寶石襯底層110以及硅襯底層120鍵合在一起形成復(fù)合襯底100。

在本文中，鍵合(bonding)是指：將兩片表面清潔、原子級(jí)平整的同質(zhì)或異質(zhì)材料在一定條件下直接結(jié)合，通過(guò)范德華力、分子力甚至原子力使晶片鍵合成為一體。

由于本發(fā)明的復(fù)合襯底100通過(guò)鍵合形成，故藍(lán)寶石襯底層110以及硅襯底層120之間的結(jié)合力很強(qiáng)，其鍵合強(qiáng)度可高達(dá)12MPa。

優(yōu)選地，硅襯底層120的直徑大于等于6英寸。例如選用6英寸的硅晶片，或者8英寸的硅晶片。

更具體地，在本實(shí)施例中的硅襯底層120為直徑6英寸厚1300μm的硅晶圓。

優(yōu)選地，藍(lán)寶石襯底層110的厚度為20μm。這樣既可以保證在復(fù)合襯底100上生長(zhǎng)形成良好的外延層，又可以確保復(fù)合襯底100具有良好的導(dǎo)熱性。

優(yōu)選地，復(fù)合襯底100還包括生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底層110上的硅膜101；藍(lán)寶石襯底層110通過(guò)硅膜101與硅襯底層120鍵合。

其中，硅膜101的厚度為1～5μm。這樣可以進(jìn)一步促進(jìn)藍(lán)寶石襯底層110與硅襯底層120鍵合，增強(qiáng)復(fù)合襯底100的性能。

本發(fā)明所提供的復(fù)合襯底100，由藍(lán)寶石襯底層110與硅襯底層120采用鍵合工藝成為一體，這樣既可以在藍(lán)寶石襯底層110上生長(zhǎng)高質(zhì)量的外延層(例如高質(zhì)量的氮化鎵層)，從而可以制造出性能優(yōu)異的電力器件；同時(shí)該復(fù)合襯底100的硅襯底層120，可以滿足大尺寸主流生產(chǎn)線的需求，與現(xiàn)有的電力器件的硅襯底工藝兼容；從而可以有效降低電力器件的成本較低。另外，本發(fā)明的復(fù)合襯底100還具有良好的導(dǎo)熱性，有利于電力器件散熱。

本發(fā)明還提供了一種復(fù)合襯底的制備方法。

結(jié)合參見(jiàn)圖2和圖3，一種復(fù)合襯底的制備方法，包括如下步驟：

S1、將藍(lán)寶石片8與硅晶片9鍵合，形成鍵合體300。

其中，藍(lán)寶石片8可以商購(gòu)后作減薄處理得到，也可以通過(guò)線切割藍(lán)寶石晶棒加后續(xù)處理獲得。同樣地，硅晶片9也可以商購(gòu)，亦可以通過(guò)切割硅晶棒加后續(xù)處理獲得。

在本實(shí)施例中，藍(lán)寶石片8的厚度可以采用本領(lǐng)域各種常規(guī)的厚度，在此不再贅述。

在本實(shí)施例中，硅晶片9的厚度為1300μm。當(dāng)然，可以理解的是，硅晶片的厚度還可以是675μm，亦或是725μm。本發(fā)明對(duì)硅晶片的厚度不做特殊限制，可以采用本領(lǐng)域各種常規(guī)的厚度。

優(yōu)選地，藍(lán)寶石片8與硅晶片9采用Si-Si直接鍵合(SDB—Silicon Direct Bonding)工藝鍵合。

具體地，Si-Si直接鍵合工藝為在藍(lán)寶石片8上生長(zhǎng)硅膜101(如圖2所示)；然后將硅膜101和硅晶片9鍵合，從而將藍(lán)寶石片8與硅晶片9鍵合在一起，得到鍵合體300(如圖3所示)。

采用Si-Si直接鍵合工藝，不需要任何粘結(jié)劑和外加電場(chǎng)，并且工藝簡(jiǎn)單，更為重要的是，采用Si-Si直接鍵合工藝形成的復(fù)合襯底其性能較優(yōu)。

優(yōu)選地，硅膜101的生長(zhǎng)為氣相外延生長(zhǎng)。也就是說(shuō)，采用氣相外延生長(zhǎng)的方法在藍(lán)寶石片8上生長(zhǎng)硅膜。這樣形成的硅膜101的晶型較好，有利于與硅晶片9的鍵合。

更優(yōu)選地，在氣相外延生長(zhǎng)中，硅源為SiH₄，載氣為氫氣。

氣相外延生長(zhǎng)可以采用本領(lǐng)域公知的氣相外延生長(zhǎng)工藝，在此不再贅述。

優(yōu)選地，硅膜的厚度為1～5μm。這樣可以進(jìn)一步促進(jìn)藍(lán)寶石片8與硅晶片9之間的鍵合，有利于增強(qiáng)復(fù)合襯底的性能。

具體地，鍵合的步驟依次包括預(yù)鍵合、低溫鍵合、高溫鍵合三個(gè)子步驟。

其中，預(yù)鍵合優(yōu)選為：將硅膜101以及硅晶片9表面清洗干凈，在室溫下真空加力鍵合。

低溫鍵合優(yōu)選為：將預(yù)鍵合后的產(chǎn)物，在氧氣或氮?dú)猸h(huán)境中，在低溫(一般為100～200℃)下鍵合。

低溫鍵合優(yōu)選為：將低溫鍵合后的產(chǎn)物，在氧氣或氮?dú)猸h(huán)境中，在高溫(1000℃以上)鍵合數(shù)小時(shí)。

具體地，鍵合的操作為：分別將硅晶片9、硅膜101的表面擦拭去除粉塵等顆粒雜質(zhì)，后用甲苯、丙酮和乙醇溶液超聲清洗5～10min，然后在稀釋的氫氟酸溶液中活化10s，活化之后用去離子水沖洗。接著用去離子水、雙氧水與氨水配置的清洗液清洗，在用去離子水、雙氧水與鹽酸配置的清洗液清洗。將清洗之后的硅晶片9、帶硅膜101的藍(lán)寶石片8甩干。

將甩干之后的硅晶片9、帶硅膜101的藍(lán)寶石片8放入鍵合裝置中加壓預(yù)鍵合。

然后將預(yù)鍵合之后的產(chǎn)物取出，在氧化擴(kuò)散爐中，在100～200℃下鍵合10min，然后迅速升溫至1000℃以上鍵合1h。

S2、將鍵合體中的藍(lán)寶石片減薄，得到復(fù)合襯底。

優(yōu)選地，減薄為研磨拋光減薄。

具體地，研磨拋光減薄可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的研磨拋光減薄工藝。在此不再贅述。

本發(fā)明所提供的復(fù)合襯底的制備方法，制成的復(fù)合襯底可以生長(zhǎng)出高質(zhì)量的外延層，同時(shí)可以滿足大尺寸主流生產(chǎn)線的需求，與硅襯底電力器件的工藝兼容，可以有效降低電力器件的成本較低。

本發(fā)明還提供了一種外延片。

一種外延片，包括本發(fā)明所提供的復(fù)合襯底以及生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底層上的外延層。

優(yōu)選地，外延層為氮化鎵層。氮化鎵為寬禁帶半導(dǎo)體材料，故而適于較為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合。另外，氮化鎵還具有良好的穩(wěn)定性，在高溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；氮化鎵材料具有高的電子漂移飽和速度和電子遷移率，特別適于高速電力器件；氮化鎵材料還具有電擊穿強(qiáng)度高、漏電流小的特點(diǎn)，特別適于制作高壓電力器件。

更優(yōu)選地，氮化鎵層的厚度為400～600nm。

優(yōu)選地，在氮化鎵生長(zhǎng)步驟中，鎵源為三甲基鎵(TMG)，氮源為氨氣，載氣為氫氣；生長(zhǎng)溫度為940℃。

上述外延片，由于采用本發(fā)明所提供的復(fù)合襯底，故外延層質(zhì)量較高，并且可以有效降低外延片的成本，并與現(xiàn)有的大尺寸工藝兼容。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。