碳化硅复合晶圆及其制造方法与流程

1.本发明是一种碳化硅复合晶圆及其制造方法，可用于半导体制程。


背景技术：

2.随着通讯高频化的趋势，使得相关通讯组件性能急需提升以因应市场的需求，因此，能够薄层化的晶圆或复合晶圆成为经济实惠的选择。已知的复合晶圆，是在底层基板晶圆上，以气相法形成种结晶膜后，再生长gan层；或是，可使用hvpe(混合气相磊晶法)于底层基板晶圆上形成种结晶层。但对于复合晶圆无论是材料或制程仍有进一步的需求。


技术实现要素：

3.现有技术的复合晶圆的制程，该基底与上方材料的接合处需要形成薄膜，才能使得该两种不同的材料紧密接合，该制程复杂而耗时。因此，为了解决上述缺点，本发明提供了一种碳化硅复合晶圆及其制造方法。
4.本发明的目的为提供一种碳化硅复合晶圆，包含一碳化硅材料及一晶圆基底，该晶圆基底的上表面结合于该碳化硅材料的下表面，其中，该碳化硅材料的下表面及该晶圆基底的上表面两者或任一经表面改质，使该碳化硅材料与该晶圆基底直接接合。
5.进一步地，如所述的碳化硅复合晶圆，其中，该晶圆基底为陶瓷或玻璃。
6.进一步地，如所述的碳化硅复合晶圆，其中，该陶瓷选自由氮化铝、氧化铝、碳化硅及氮化硅所组成的群组。
7.进一步地，如所述的碳化硅复合晶圆，其中，该晶圆基底为单晶或多晶材料。
8.进一步地，如所述的碳化硅复合晶圆，其中，该碳化硅材料的厚度为0.2～500μm。
9.进一步地，如所述的碳化硅复合晶圆，其中该碳化硅材料的上表面进一步包含结晶层。
10.进一步地，如所述的碳化硅复合晶圆，其中该表面改质为表面产生静电或氢键或物理键结；于较佳实施态样中，该物理键结为凡德瓦力、库伦力或摩擦力。
11.本发明的另一目的为提供一种碳化硅复合晶圆的制造方法，其包含下列步骤：(a)一碳化硅经长晶处理为一碳化硅材料；及(b)提供一晶圆基底，将该碳化硅材料的下表面及该晶圆基底的上表面两者或任一者经表面改质产生氢键或静电或物理键结后，直接接合形成一碳化硅复合晶圆。
12.进一步地，如所述的制造方法，其中，该表面改质经氢氟酸或其他包含氢原子液体浸泡处理使该碳化硅材料的下表面及该晶圆基底的上表面两者或任一产生氢键。
13.进一步地，如所述的制造方法，其中，该碳化硅材料与晶圆基底以静电结合。
14.相较于现有技术，本发明的碳化硅复合晶圆因该基底为陶瓷或玻璃材料，因此具有高介电常数、绝缘性、高热传导率、耐热性及散热性佳及特别是在高湿度下具有稳定性能等特性，且由于本发明的制造方法为碳化硅材料与晶圆基底直接接合，接合能力较佳，且无须如同先前技术必须于接合形成薄膜才能使得该两种不同的材料紧密接合，因此本发明的
制程更为简洁便利。
附图说明
15.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
16.图1为本发明的碳化硅复合晶圆结构示意图。
17.附图标记说明：
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碳化硅复合晶圆
[0019]
11
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碳化硅材料
[0020]
12
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晶圆基底
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结晶层
[0022]
111
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接触面。
具体实施方式
[0023]
以下实施方式不应视为过度地限制本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者可在不背离本发明的精神或范畴的情况下对本文所讨论的实施例进行修改及变化，而仍属于本发明的范围。
[0024]
本文中所称的包含或包括意指不排除一或多个其他组件、步骤、操作和/或元素的存在或添加至所述的组件、步骤、操作和/或元素。约或接近或基本上意指具有接近于允许指定误差的数值或范围，以避免被任何不合理的第三方，违法或不公平的使用为理解本发明揭示的精确或绝对数值。一意指该物的语法对象为一或一个以上(即，至少为一)。
[0025]
本发明提供一种碳化硅复合晶圆，包含一碳化硅材料及一晶圆基底，该晶圆基底的上表面结合于该碳化硅材料的下表面，其中，该碳化硅材料的下表面及该晶圆基底的上表面两者或任一经表面改质，使该碳化硅材料与该晶圆基底直接接合。
[0026]
本发明另一提供一种碳化硅复合晶圆的制造方法，其包含下列步骤：(a)一碳化硅经长晶处理为一碳化硅材料；及(b)提供一晶圆基底，将该碳化硅材料的下表面及该晶圆基底的上表面两者或任一者经表面改质产生氢键或静电后，直接接合形成一碳化硅复合晶圆。
[0027]
请参见图1，为本发明的碳化硅复合晶圆示意图。该碳化硅复合晶圆1为晶圆基底12与碳化硅材料11直接接合而成，该晶圆基底12与碳化硅材料11之间不存在额外的薄膜结构而仅为两者直接接合的接触面111。进一步地，该碳化硅材料11上方可视需求再包含一结晶层13。
[0028]
前述的晶圆基底12，于一较佳实施例中为陶瓷或玻璃，其中该「陶瓷」指金属与非金属的化合物，经人为高温处理的无机非金属固体材料，包括硅酸盐、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、硼化物等，较佳包含但不限于选自由氮化铝、氧化铝、碳化硅及氮化硅所组成的群组。例如所述的基底，该陶瓷选自氮化铝、氧化铝、碳化硅及氮化硅；所述的基底，该陶瓷选自氮化铝、氧化铝及碳化硅；所述的基底，该陶瓷选自氧化铝、碳化硅及氮化硅；所述的基底，该陶瓷选自氮化铝、碳化硅及氮化硅；所述的基底，该陶瓷选自氮化铝及氧化铝；所述的基底，该陶瓷选自氮化铝及碳化硅；所述的基底，该陶瓷选自氮化铝及氮化硅；所述的基底，
该陶瓷选自氧化铝及碳化硅；所述的基底，该陶瓷选自氧化铝及氮化硅；所述的基底，该陶瓷选自碳化硅及氮化硅；所述的基底，该陶瓷选自氮化铝；所述的基底，该陶瓷选自氧化铝；所述的基底，该陶瓷选自碳化硅；所述的基底，该陶瓷选自氮化硅。
[0029]
本文所述的单晶或多晶材料指单晶向和多晶向材料。其差异为当熔融的单质材料凝固时，原子以金刚石晶格排列成许多晶核，若该晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶材料；反之，若该晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶材料。多晶与单晶材料的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶材料均不如单晶材料。于一较佳实施例中，该晶圆基底为单晶或多晶材料。
[0030]
本文所述的碳化硅材料的厚度，于一较佳实施例中，该厚度可以介于0.2μm～500μm，例如介于0.4μm～500μm、介于0.6μm～500μm、介于0.8μm～500μm、介于1.0μm～500μm、介于2.0μm～500μm、介于4.0μm～500μm、介于6.0μm～500μm、介于8.0μm～500μm、介于10μm～500μm、介于12μm～500μm、介于14μm～500μm、介于16μm～500μm、介于18μm～500μm、介于0.2μm～180μm、介于0.2μm～160μm、介于0.2μm～140μm、介于0.2μm～120μm、介于0.2μm～100μm、介于0.2μm～80μm、介于0.2μm～60μm、介于0.2μm～40μm、介于0.2μm～20μm、介于0.2μm～1μm、介于0.2μm～0.8μm、介于0.2μm～0.6μm、介于0.2μm～0.4μm。此碳化硅材料的厚度可视需求调整，例如，当该碳化硅材料11接合于晶圆基底12表面后，可以雷射切割或研磨方式使该碳化硅材料11薄型化。
[0031]
本文所述的结晶层，指单晶材料所构成的发光层主要基板材质。例如单晶砷化镓(gaas)基板、磷化镓(gap)基板、磷化铟(inp)基板、蓝宝石(al2o3)基板、碳化硅(sic)基板、氮化镓(gan)基板等。
[0032]
前述的结晶层以磊晶方式生长。所述的磊晶指单晶基板上成长薄膜的延伸，经由在单晶基板上增添的原子而形成的一个单晶结构的连续体。例如液相磊晶(lpe)、气相磊晶(vpe)及分子束磊晶(mbe)等，其中气相磊晶包含物理气相沉积(pvd)与化学气相沉积(cvd)。
[0033]
本文所述的表面改质指该碳化硅材料与晶圆接合的表面，即碳化硅材料的下表面与该晶圆基底的上表面两者或任一者的表面，经过化学或物理方式处理，使该表面能产生氢键或带电荷离子或物理键结包含但不限于凡德瓦力、库伦力或摩擦力等等。
[0034]
产生氢键的方式例如但不限于经由浸泡含氢原子的液体，以改质该表面并且产生氢键结合力。该氢原子液体可为铬酸、硫酸、盐酸、硝酸、亚硫酸、氢氟酸、高氯酸、氢溴酸、高溴酸、氟硅酸、氯铅酸偏磷酸、锇酸、高锰酸、硒酸、高铁酸、氟硼酸、氟磺酸、氰酸、硫氰酸、偏高碘酸、2,4,6-三硝基苯酚、2,4,6-三硝基苯甲酸、三氟乙酸、三氯乙酸、甲磺酸、苯磺酸、环己硫醇磺酸、2-氯乙硫醇等。
[0035]
产生静电的方式例如但不限于为，可通过该接触表面以电浆冲击，产生正负电荷，利用电荷彼此吸附。
[0036]
产生物理键结的型式如凡德瓦力、库伦力、摩擦力等，其中凡德瓦力因极平坦的表面，不同的材料或相同的材料都会有电位差，利用电位差产生的电荷相吸即为凡德瓦力；提供表面电荷(例如以电浆提供)形成的电位差即为库伦力；固体表面之间的静摩擦力则源于固体表面原子、分子之间相互的吸引力和它们之间的表面粗糙所造成的互相之间卡住的阻力。
[0037]
前述的电浆指在固态、液态和气态以外的第四大物质状态，又称做等离子体。气体在高温或强电磁场下，会变为电浆，电浆为一种带有等量的正电荷与负电荷的离子化气体，由离子、电子与中性的原子或分子所组成。通过外加的能量来促使气体内的电子获得能量并且加速撞击不带电的中性原子，由于不带电中性原子受加速的电子撞击后会产生离子与另一带能量的加速电子，这些被释出的电子，在经由电场加速与其他中性原子碰撞，如此反复不断，进而使气体产生崩溃效应(gas breakdown)，形成电浆状态。本发明利用产生的电浆与腔体内的制程气体发生碰撞让气体离子化，而离子化的气体会被吸引到芯片上进行表面改质，于表面上形成静电电荷。
[0038]
综上所述，本发明的碳化硅复合晶圆具有以下优势：
[0039]
1.高介电常数、绝缘性、高热传导率、耐热性及散热性佳，特别是在高湿度下具有稳定性能的特性。
[0040]
2.本发明的碳化硅复合晶圆制造方法为碳化硅材料与晶圆基底直接接合，且两者的表面或任一者的表面经过改质，接合能力较强，因此能降低制程复杂度。
[0041]
3.通过本发明的碳化硅复合晶圆该材料彼此结合能力强的特性，进一步能依照需求对该晶圆进行研磨加工使之薄层化，后续产业利用性高。
[0042]
以上已将本发明做一详细说明，惟以上所述者，仅惟本发明之一较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。