本发明属于半导体，涉及一种碳化硅复合衬底的制备方法及碳化硅复合衬底和应用。
背景技术：
1、作为第三代半导体中的代表性材料，碳化硅具有宽带隙、高物理强度、高热导率、高抗腐蚀性、高熔点等优良特性，利用碳化硅单晶制备的器件具有耐高温、耐高压、高频、大功率、抗辐射、效率高等优势，在射频、新能源等领域具有重要的应用价值。
2、碳化硅单晶衬底的常规制造方法包括以下流程：利用物理气相传输法生长碳化硅单晶，得到碳化硅单晶的晶锭；加工晶锭的外周，得到所需要的直径和表面质量，再将晶锭切成薄片，将薄片研磨、抛光至所需要的厚度和平整度，得到最终的碳化硅单晶衬底。物理气相传输方法生长碳化硅单晶效率很低，导致单一碳化硅单晶衬底成本很高。一种降低碳化硅衬底的成本的方案是采用复合衬底结构：在价格较低的支撑衬底上键合一单晶碳化硅薄层。在该方案中，需要准备高质量碳化硅单晶衬底，将高质量碳化硅单晶衬底上的薄层不断转移到价格较低的支撑衬底的表面。
3、该方案中存在以下问题：一是在转移过程中需要对高质量碳化硅单晶衬底的c面进行离子注入，离子注入会导致碳化硅单晶衬底应力发生改变，产生翘曲形变，影响后续转移过程的良率；二是随着转移次数的增加，单片单晶碳化硅衬底不断被减薄到无法操作的厚度，无法继续利用，造成材料浪费。
4、因此，如何降低复合碳化硅衬底在制备过程中出现的注入翘曲现象，并提高材料利用率，是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种碳化硅复合衬底的制备方法及碳化硅复合衬底和应用。本发明通过对碳化硅单晶键合体的两个c面进行离子注入，注入后产生的应力形变可以相互抵消，解决了单片c面注入产生的翘曲问题，提升了产品良率，还可一次性制备得到两片碳化硅复合衬底，极大地提高了生产效率，同时碳化硅单晶衬底的利用率得到了提升，加工成本也得到了降低。
2、为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种碳化硅复合衬底的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
4、(1)将两片碳化硅单晶衬底进行si面键合，得到两侧外表面均为c面的碳化硅单晶键合体；
5、(2)对步骤(1)得到的碳化硅单晶键合体的两侧外表面进行离子注入，两侧外表面均形成弱化层；
6、(3)将离子注入后的碳化硅单晶键合体的两侧外表面分别与支撑衬底键合，得到第一复合衬底；
7、(4)将第一复合衬底沿弱化层断开，得到两片待修复碳化硅复合衬底和可回收利用的碳化硅单晶键合体，对待修复碳化硅复合衬底进行退火处理，得到所述碳化硅复合衬底。
8、本发明提供的制备方法，通过将两片质量碳化硅单晶衬底的si面键合，实现了键合后的键合体暴露出来的两侧表面均为c面，然后对两侧c面均进行离子注入，注入后产生的应力形变可以相互抵消，解决了现有技术中由于注入产生翘曲导致碳化硅复合衬底键合界面强度低、空洞多的问题；同时进行双面注入的方式，可同步制备两片碳化硅复合衬底，极大的提高了生产效率，支撑衬底可以是同种材料也可以是不同材料，兼顾了高产能和差异化的特点，提高了设备利用率；且第一复合衬底沿弱化层断开的过程中，碳化硅单晶衬底键合体剩余厚度会被两片均摊，相比单片转移的形式，每片高质量碳化硅单晶剩余的厚度会缩减一半，从而使得碳化硅单晶衬底的利用率得到了明显提升，加工成本也得到了降低；且制备过程操作简单，碳化硅单晶衬底可再次回收利用，适用于大规模生产。
9、本发明中，如果不先进行两片碳化硅单晶衬底的si面键合，则无法实现双碳面的离子注入，无法实现双面键合和同步制备两片碳化硅复合衬底，进而无法实现碳化硅单晶衬底的利用率提升；而如果只进行单面离子注入，又不能解决离子注入带来的碳化硅单晶衬底翘曲问题，以及翘曲带来的键合界面强度低、空洞多的问题；本技术中的制备顺序也即为关键，先进行碳化硅单晶衬底的键合与离子注入，再与支撑衬底键合，才能得到空洞少、键合强度高的碳化硅复合衬底，同时也能提高单晶衬底的利用率。
10、优选地，所述碳化硅单晶衬底和所述支撑衬底在键合前，分别独立地先进行化学清洗。
11、本发明中，键合前先进行碳化硅单晶衬底和支撑衬底的清洗，可使得表面洁净，从而在一定压力下会产生分子间作用力而实现相互键合。
12、优选地，所述化学清洗包括采用rca标准清洗法。
13、需要说明的是，本发明中的rca标准清洗法为本领域技术人员所公知的清洗方法，本领域技术人员可依据实际需求进行清洗液和清洗参数的选择。
14、所述rca标准清洗法采用的清洗液包括spm、dhf、apm或hpm中的任意一种。其中，所述spm为硫酸溶液和双氧水的混合溶液，且清洗温度为120-150℃；所述dhf为氢氟酸溶液，且清洗温度为20-25℃；所述apm为氨水和双氧水的混合溶液，且清洗温度为65～85℃；所述hpm为盐酸溶液和双氧水的混合溶液，且清洗温度为30～80℃。
15、优选地，所述化学清洗的标准为：直至碳化硅单晶衬底和支撑衬底的表面分别满足0.3μm尺寸以上的颗粒数量≤20。
16、优选地，步骤(1)所述si面键合和步骤(3)所述键合各自独立地在真空环境下进行，绝对真空度≤10-5pa。
17、优选地，步骤(1)所述si面键合和步骤(3)所述键合的温度各自独立地为20～30℃，例如20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
18、优选地，步骤(1)所述si面键合和步骤(3)所述键合的压力各自独立地为30～80kn，例如30kn、40kn、50kn、60kn、70kn或80kn等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
19、本发明提供的键合方法，利用ar离子(或其他离子)轰击待键合面，实现键合活化。
20、优选地，步骤(2)所述离子注入的离子包括h离子和/或he离子，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
21、优选地，步骤(2)所述离子注入的注入能量为20～160kev，例如20kev、30kev、40kev、50kev、60kev、70kev、80kev、90kev、100kev、110kev、120kev、130kev、140kev、150kev或160kev等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
22、优选地，步骤(2)所述离子注入的注入剂量为1e8-1e17atoms/cm2，例如e8、e9、e10、e11、e12、e13、e14、e15、e16、3*e16、6*e16或e17等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
23、本发明提供的离子注入过程，如果离子注入的注入剂量过少，不利于弱化层的断开剥离，而离子注入的剂量如果过多，又会导致衬底翘曲增大，不利于键合质量的提升。
24、优选地，步骤(2)所述离子注入的注入深度为100～1500nm，例如100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm或1500nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
25、优选地，步骤(2)所述离子注入的次序包括：
26、对碳化硅单晶键合体的两侧外表面均只进行一次离子注入过程或对碳化硅单晶键合体的两侧外表面进行分次离子注入。
27、本发明中，无论是一次离子注入还是分次离子注入，均需保证两侧外表面的离子注入的注入剂量相同，且注入参数也相同；一次离子注入过程，即为一次注入全部需要剂量的离子量；而分次离子注入即为在至少一侧的外表面至少进行两次离子注入过程；选用分次离子注入的方式，更有利于改善晶圆的翘曲，分多次注入，每次造成的晶圆形变量更小，反向注入时更容易恢复正向注入引起的形变。
28、优选地，所述分次离子注入包括对碳化硅单晶键合体的两侧外表面交替进行离子注入。
29、本发明是提供的交替进行的方案具体可包括：
30、先对键合体一侧的外表面(比如为a侧)进行部分剂量的离子注入，然后对另一侧的外表面(比如以b侧进行区分)进行全部剂量的离子注入，最后对a侧表面进行剩余剂量的离子注入。
31、优选地，步骤(4)所述弱化层断开的方法包括对第一复合衬底进行热处理。
32、本发明中，采用热处理的方式进行弱化层的断开，可更好地实现原子层级的界面分离，具备界面分离整齐、缺陷少、对衬底损伤更小的优势。
33、优选地，所述热处理的环境包括保护性气体环境或真空环境。
34、需要说明的是，本发明中的保护性气体中的气体包括但不限于氮气、氩气或氢气，本领域技术人员可依据实际需求进行适应性选择和调整。
35、优选地，所述热处理的温度为700～1100℃，例如700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃或1100℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
36、优选地，所述热处理的时间为30min～12h，例如30min、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
37、优选地，步骤(4)所述退火处理的环境包括保护性气体环境或真空环境。
38、优选地，步骤(4)所述退火处理的温度为1400～1900℃，例如1400℃、1450℃、1500℃、1550℃、1600℃、1650℃、1700℃、1750℃、1800℃、1850℃或1900℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
39、本发明通过退火处理，修复了碳化硅复合衬底中的碳化硅单晶层由于离子注入造成的晶格损伤。
40、优选地，步骤(4)所述退火处理的时间为6～48h，例如6h、8h、10h、12h、15h、18h、20h、24h、25h、27h、30h、33h、35h、36h、40h、42h、45h或48h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
41、优选地，对步骤(4)所述退火处理后的碳化硅复合衬底的单晶层表面进行抛光处理。
42、本发明中，对退火后的碳化硅复合衬底的单晶层表面进行抛光处理后，可修正碳化硅单晶层表面的粗糙度，粗糙度可以达到0.2nm以下。
43、作为优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
44、(1)将采用rca标准清洗法清洗后的两片碳化硅单晶衬底在真空环境中进行20～30℃下的si面键合，得到两侧外表面均为c面的碳化硅单晶键合体；
45、(2)以1e8-1e17atoms/cm2的注入剂量对步骤(1)得到的碳化硅单晶键合体的两侧外表面采用h离子和/或he离子交替进行离子注入，注入能量各自独立地为20～160kev，注入深度各自独立地为100～1500nm，两侧外表面均形成弱化层；
46、(3)将离子注入后的碳化硅单晶键合体的两侧外表面分别与采用rca标准清洗法清洗后的支撑衬底在真空环境中进行20～30℃下键合，得到第一复合衬底；
47、(4)保护性气体环境或真空环境中，对第一复合衬底进行700～1100℃下的热处理30min～12h，使得第一复合衬底沿弱化层断开，得到两片待修复碳化硅复合衬底和可回收利用的碳化硅单晶键合体；
48、保护性气体环境或真空环境中，对待修复碳化硅复合衬底进行1400～1900℃下的退火处理6～48h，然后对碳化硅复合衬底的单晶层表面进行抛光处理，得到所述碳化硅复合衬底。
49、还需要说明的是，本发明中的支撑衬底为常规技术选择，本领域技术人员可依据实际需求进行适应性选择调整。
50、示例性地，所述支撑层衬底包括但不限于低质量碳化硅衬底、多晶碳化硅衬底、硅衬底、蓝宝石衬底或氮化铝衬底中的任意一种或至少两种的组合。
51、第二方面，本发明提供一种碳化硅复合衬底，所述碳化硅复合衬底由如第一方面所述制备方法制备得到。
52、第三方面，本发明还提供一种如第二方面所述的碳化硅复合衬底在半导体器件中的应用。
53、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
54、本发明提供的制备方法，通过将两片质量碳化硅单晶衬底的si面键合，实现了键合后的键合体暴露出来的两侧表面均为c面，然后对两侧c面均进行离子注入，注入后产生的应力形变可以相互抵消，解决了现有技术中由于注入产生翘曲导致碳化硅复合衬底键合界面强度低、空洞多的问题；同时进行双面注入的方式，可同步制备两片碳化硅复合衬底，极大的提高了生产效率，支撑衬底可以是同种材料也可以是不同材料，兼顾了高产能和差异化的特点，提高了设备利用率；且第一复合衬底沿弱化层断开的过程中，碳化硅单晶衬底键合体剩余厚度会被两片均摊，相比单片转移的形式，每片高质量碳化硅单晶剩余的厚度会缩减一半，从而使得碳化硅单晶衬底的利用率得到了明显提升，加工成本也得到了降低；且制备过程操作简单，碳化硅单晶衬底可再次回收利用，适用于大规模生产。
1.一种碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，所述碳化硅单晶衬底和所述支撑衬底在键合前，分别独立地先进行化学清洗；
3.根据权利要求1或2所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述si面键合和步骤(3)所述键合各自独立地在真空环境下进行，绝对真空度≤10-5pa；
4.根据权利要求1-3任一项所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述离子注入的离子包括h离子和/或he离子；
5.根据权利要求1-4任一项所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述离子注入的次序包括：
6.根据权利要求1-5任一项所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述弱化层断开的方法包括对第一复合衬底进行热处理；
7.根据权利要求1-6任一项所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述退火处理的环境包括保护性气体环境或真空环境；
8.根据权利要求1-7任一项所述的碳化硅复合衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
9.一种碳化硅复合衬底，其特征在于，所述碳化硅复合衬底由如权利要求1-8任一项所述制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述的碳化硅复合衬底在半导体器件中的应用。
