本發(fā)明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種外延用圖形化襯底及其制作方法。

背景技術：

采用圖形化襯底是外延技術中為了提高外延薄膜的晶體質量而采用的一種手段。通過圖形化的掩膜技術，可以阻擋掩膜下方的位錯，同時在窗口區(qū)域生長的外延薄膜通過側向生長使位錯彎曲、合并，從而降低外延薄膜的位錯密度，提高外延薄膜的晶體質量。而薄膜的晶體質量與半導體器件的性能有很大關系，因此，圖形化的襯底對制備半導體薄膜具有重要意義。

目前制備圖形化襯底的技術主要采用光刻技術，其所需硬件配置成本高，工藝復雜，并且一般都是微米尺寸的掩膜，若要實現(xiàn)納米量級的掩膜，需要采用電子束曝光技術，其不僅硬件配置成本高，而且無法實現(xiàn)大面積圖形化襯底。因此，降低用于外延生長的圖形化襯底的制造成本和提高制作效率，一直是現(xiàn)有技術中需要不斷改進提高的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種高效、低成本的外延用圖形化襯底及其制作方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種外延用圖形化襯底，包括碳化硅層，所述碳化硅層的表面覆蓋有圖形化的石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜在與碳化硅層表面原子臺階所對應的位置具有窗口。

本發(fā)明還提供了一種外延用圖形化襯底的制作方法，包括如下步驟：提供一襯底，所述襯底表面為碳化硅材料；對所述碳化硅材料實施退火使硅析出，從而在碳化硅材料的表面獲得石墨烯薄膜；刻蝕石墨烯薄膜，使上述石墨烯薄膜在與碳化硅層表面原子臺階所對應的位置形成窗口。

本發(fā)明利用了石墨烯表面缺乏懸掛鍵，在其表面很難進行外延生長的特點，提出了一種表面覆蓋圖形化石墨烯的襯底，可以用于包括GaN，AlN，InN，ZnO，SiC等材料的外延生長用的圖形化襯底。并且由于石墨烯層的存在，可以利用石墨烯層間比較弱的范德華力，可以在外延后實現(xiàn)外延層與襯底之間的機械剝離。所采用的方法利用了碳化硅高溫退火會使硅析出的特點，直接在碳化硅表面形成了石墨烯。無需圖形掩模直接刻蝕即可獲得圖形化襯底，是一種高效率低成本的制作方法。

附圖說明

附圖1所示是本發(fā)明一具體實施方式所提供的方法的實施步驟示意圖。

附圖2A至附圖2C所示是發(fā)明一具體實施方式所提供的方法的工藝流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明提供的外延用圖形化襯底及其制作方法的具體實施方式做詳細說明。

附圖1所示是本發(fā)明一具體實施方式所提供的方法的實施步驟示意圖，包括：步驟S10，提供一襯底，所述襯底表面為碳化硅材料；步驟S11，對所述碳化硅材料實施退火使硅析出，從而在碳化硅材料的表面獲得石墨烯薄膜；步驟S12，刻蝕石墨烯薄膜，使述石墨烯薄膜在與碳化硅層表面原子臺階所對應的位置形成窗口。

附圖2A至附圖2C所示是發(fā)明一具體實施方式所提供的方法的工藝流程圖。

附圖2A所示，參考步驟S10，提供一襯底20，所述襯底20表面為碳化硅材料。在本具體實施方式中，所述襯底20為全部由碳化硅材料構成的體襯底，并優(yōu)選采用外延級免清洗碳化硅襯底。在其他的具體實施方式中，所述襯底20也可以是表面具有一碳化硅層的襯底，其余部分為任意材料。碳化硅材料的表面在高溫退火后會具有周期分布的原子臺階21，這是晶體材料所固有的性質。原子臺階在襯底投影面方向的尺度被定義為原子臺階的寬度，碳化硅材料表面每個臺階的寬度范圍是2納米-40納米。

附圖2B所示，參考步驟S11，對所述碳化硅材料實施退火使硅析出，從而在碳化硅材料的表面獲得石墨烯薄膜22。所述退火的溫度范圍優(yōu)選是1000℃-1800℃，退火時間優(yōu)選為0.5小時-5小時。退火后形成的石墨烯為1-30層石墨烯。并且，退火會改變原子臺階的分布周期，溫度和時間的不同，最終獲得的碳化硅材料表面的原子臺階的周期不同。退火參數(shù)和原子臺階周期之間的對應關系可以通過實驗獲得，并優(yōu)選退火后的原子臺階21周期為0.1～3微米。

附圖2C所示，參考步驟S12，刻蝕石墨烯薄膜22，使述石墨烯薄膜22在與碳化硅層表面原子臺階所對應的位置形成窗口。在本具體實施方式中，刻蝕所述石墨烯薄膜22所述采用的刻蝕氣體為氫氣和氨氣中的一種或者其混合氣體，刻蝕溫度范圍是500℃-1200℃。由于石墨烯是通過硅原子升華后形成的，在存在原子臺階的位置，碳化硅懸掛鍵比在其他位置多，硅原子容易在臺階處升華脫附，當石墨烯下方硅原子再次脫附時主要從臺階處脫附，因此臺階處石墨烯容易存在缺陷，從而更容易被刻蝕，因此其刻蝕速度會大于其他位置。利用上述的刻蝕速度差，通過控制刻蝕的時間，使石墨烯薄膜22在與碳化硅層表面原子臺階所對應的位置被刻蝕除去而其他部分仍然有保留，從而形成窗口23。窗口23的寬度范圍是10納米-3000納米。該窗口23將襯底20表面的碳化硅材料暴露出來。

由于石墨烯表面缺乏懸掛鍵，在其表面很難進行外延生長，因此外延會選擇在窗口23處的碳化硅層中發(fā)生，因此上述襯底20可以用于包括GaN，AlN，InN，ZnO，SiC等材料的外延生長用的圖形化襯底。并且由于石墨烯層的存在，可以利用石墨烯層間比較弱的范德華力，可以在外延后實現(xiàn)外延層與襯底20之間的機械剝離。所采用的方法利用了碳化硅高溫退火會使硅析出的特點，直接在碳化硅表面形成了石墨烯。并利用原子臺階所帶來的腐蝕速率差，無需圖形掩模直接刻蝕即可獲得圖形化襯底，是一種高效率低成本的制作方法。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。