CN114864529A - 一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用 - Google Patents

一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用，所述碳化硅复合基板包括层叠设置的单晶层、中间层与多晶支撑层；所述中间层中包括第一杂质、第二杂质与第三杂质；所述多晶支撑层中包括第一杂质与第二杂质。本发明通过在中间层以及多晶支撑层中均设置第一杂质与第二杂质，降低了单晶层与多晶支撑层之间的电阻率；引入的第一杂质与第二杂质，能够根据需要调节多晶支撑层的热膨胀系数，在满足使多晶支撑层的电阻率需求基础上，能够使多晶支撑层的热膨胀系数与单晶层相当，避免热膨胀系数相差过大造成的热失配。

Description

一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用
技术领域
本发明属于半导体技术领域，涉及一种复合基板，尤其涉及一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用。
背景技术
碳化硅单晶具有热稳定性与化学稳定性，机械强度优异，能够耐受辐射。而且，与硅相比具有高的绝缘击穿电压、高的热导率等优异的物理性质，通过添加杂质，也容易进行p、n传导型的电子控制，并且具有宽的禁带宽度，在射频以及新能源等领域具有重要的应用价值。
碳化硅单晶基板的常规制造方法包括物理气相传输法与溶液法，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基板。
例如CN 101985773A公开了一种籽晶处理方法和物理气相传输法生长碳化硅单晶的方法，包括籽晶处理方法：在与籽晶的生长面相反的籽晶背面涂覆有机物，在所述有机物中碳元素的质量百分比大于50％；然后将已涂覆上述有机物的籽晶加热到1000-2300℃范围内以在籽晶背面形成石墨膜；之后冷却已形成石墨膜的籽晶从而获得用于制备碳化硅晶体的籽晶。通过上述方法处理好的石墨涂层在SiC单晶生长的条件下能保持致密性和稳定性，从而很大程度上避免了背向腐蚀，进而提高了晶体的质量和产率。
溶液法是在石墨坩埚中将含硅的合金熔化，从石墨坩埚熔化碳到该熔融液中，在设置于低温部的籽晶基板上通过溶液析出而生长碳化硅晶体层的方法。
CN 101796227A公开了一种碳化硅单晶的生长方法，是碳化硅单晶与在石墨坩埚内被加热的融化了Si的熔融液接触，从而使碳化硅单晶在单晶基板上生长，碳化硅单晶从向所述添加了Cr和X(X为Ni或Co之中的至少一种)元素的Si-Cr-X-C熔融液中析出和生长，作为总组成中的Cr和X元素的比例为：Cr为30-70原子％、X为1-25原子％。
但物理气相传输法以及溶液法相关的方法生长碳化硅单晶的效率很低，导致单一碳化硅单晶基板的成本很高。降低碳化硅基板成本的方案包括采用复合基板机构，在价格较低的支撑基板上形成一单晶碳化硅薄层，但是单晶碳化硅薄层与支撑基板的界面之间存在较大电阻，限制了复合基板的性能和应用。
因此，需要提供一种简单的、能够有效降低界面电阻并能够降低热膨胀影响的碳化硅复合基板及其制造方法与应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅复合基板及其制造方法与应用，所述碳化硅复合基板在单晶与多晶的接合处的电阻率低，有利于其在射频领域以及新能源领域的应用，且受热膨胀的影响较低，具有优良的结构稳定性；所述碳化硅复合基板的制造方法操作简单，能够在现有技术的基础上进行。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种碳化硅复合基板，所述碳化硅复合基板包括层叠设置的单晶层、中间层与多晶支撑层；
所述中间层中包括第一杂质、第二杂质与第三杂质；
所述多晶支撑层中包括第一杂质与第二杂质；
所述第一杂质包括Al和/或N；
所述第二杂质为金属杂质；
所述第三杂质包括Ar、He或Xe中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ar与He的组合、He与Xe的组合，Ar与Xe的组合，或Ar、He与Xe的组合，优选为Ar。
本发明所述单晶层为单晶碳化硅层；所述多晶支撑层为多晶碳化硅支撑层。
本发明提供的碳化硅复合基板的结构，通过在中间层以及多晶支撑层中均设置第一杂质与第二杂质，降低了单晶层与多晶支撑层之间的电阻率。
本发明所述单晶层的晶型包括4H和/或6H型。
优选地，所述单晶层的厚度为0.1-10μm，例如可以是0.1μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述中间层的厚度为2.5-5nm，例如可以是2.5nm、2.8nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm或5nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
若中间层的厚度过小，不足2.5nm，则会导致单晶层和支撑层的接合强度不足，界面电阻也会有所增加。
若中间层的厚度过大，超过5nm，则需要更长的热处理时间以获得期望厚度的中间层和电阻率，降低了制造效率。
所述多晶支撑层的厚度为50-500μm，例如可以是50μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、400μm、450μm或500μm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述多晶支撑层的晶型包括4H型、6H型或3C型中的任意一种或至少两种的组合。
本发明所述多晶支撑层中，第一杂质中Al的掺杂量为1021个/cm3以上，例如可以是1×1021个/cm3、1.5×1021个/cm3、2×1021个/cm3、2.5×1021个/cm3、3×1021个/cm3、3.5×1021个/cm3、4×1021个/cm3、4.5×1021个/cm3或5×1021个/cm3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述第一杂质中的Al可在生长多晶支撑层时引入，多晶支撑层的生长方法为溶液法，在溶液中掺入Al杂质，实现多晶支撑层中Al的掺杂。
本发明所述多晶支撑层中，所述第一杂质中N的掺杂量为1021个/cm3以上，例如可以是1×1021个/cm3、1.5×1021个/cm3、2×1021个/cm3、2.5×1021个/cm3、3×1021个/cm3、3.5×1021个/cm3、4×1021个/cm3、4.5×1021个/cm3或5×1021个/cm3，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述第一杂质中的N可在生长多晶支撑层时引入，多晶支撑层的生长方法为溶液法，控制生长气氛的氮气浓度，实现多晶支撑层中N的掺杂。
本发明所述金属杂质包括Ti、Cr、Sc、Ni、Co、Mn、Mg、Ge、As、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe、Pr、Ce、La或Ta中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ti与Cr的组合，Cr与Fe的组合，Cr与Sc的组合，Cr与La的组合，As与B的组合，Dy与Y的组合，Nb与Nd的组合，Fe与Pr的组合，Cr、Ti与La的组合，或Ti、Cr、Sc、Ni、Co、Mn、Mg、Ge、As、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe、Pr、Ce、La与Ta的组合。
本发明所述第二杂质可在生长多晶支撑层时引入，多晶支撑层的生长方法为溶液法，在溶液中掺入金属杂质，实现多晶支撑层中金属杂质的掺杂。
优选地，所述多晶支撑层的电阻率低于10mΩ·cm，例如可以1mΩ·cm、2mΩ·cm、3mΩ·cm、4mΩ·cm、5mΩ·cm、6mΩ·cm、7mΩ·cm、8mΩ·cm、9mΩ·cm或10mΩ·cm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明通过控制第一杂质与第二杂质的掺杂量，使多晶支撑层的电阻率低于10mΩ·cm，从而使得复合基板具有更好的导电性能。
并且，第一杂质与第二杂质的引入，还能够根据需要调节多晶支撑层的热膨胀系数，在满足使多晶支撑层的电阻率低于10mΩ·cm的基础上，通过调配杂质元素种类以及掺杂密度，能够使多晶支撑层的热膨胀系数与单晶层相当，避免热膨胀系数相差过大造成的热失配。
通常，碳化硅单晶层的热膨胀系数为4×10-6/K至6×10-6/K，多晶支撑层的热膨胀系数更小，为2×10-6/K至4×10-6/K。选择合理的第一杂质、第二杂质种类以及掺杂密度，可以提高多晶支撑层的热膨胀系数，使之与单晶层相当。例如，第一杂质为N，掺杂量为2×1021/cm3，第二杂质为Cr，掺杂量为8×1013/cm3时，多晶支撑层的热膨胀系数增加至4.2×10-6/K，与单晶层相当。
优选地，所述中间层由单晶层与多晶支撑层接合形成，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的50-80％，例如可以是50％、55％、60％、65％、70％、75％或80％。
优选地，所述中间层中，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值不超过2，例如可以是1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9或2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1.3-1.7。
本发明使中间层中第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值不超过2，使得不同区域的界面电阻的差异性更小，复合基板不同位置的性能更一致。
本发明所述第三杂质的浓度是指在中间层中，在200nm的随机方形区域内取样测定。
优选地，所述多晶支撑层由溶液生长法制备，多晶支撑层中的第一杂质与第二杂质在溶液生长法进行过程中引入。
本发明所述第一杂质包括Al和/或N，第二杂质为金属杂质。
溶液生长法为在受控的气氛环境下，晶体接触至少含有Si的溶解了C的溶液，溶液中的Si和C在晶体和溶液的界面上结晶，实现了晶体的不断生长。
在利用溶液生长法引入第一杂质时，可在溶液中掺入Al杂质，实现多晶支撑层中Al的掺杂；或控制生长气氛中的氮气浓度，实现多晶支撑层中N的掺杂；或在溶液中掺入金属杂质，实现多晶支撑层中金属杂质的掺杂。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述碳化硅复合基板的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：
(1)于单晶碳化硅与多晶碳化硅的接合面分别引入第三杂质，然后进行接合，形成接合层；
(2)热处理使多晶碳化硅中的第一杂质与第二杂质扩散至接合层，形成中间层。
本发明步骤(1)所述多晶碳化硅为掺杂有第一杂质与第二杂质的多晶碳化硅，多数多晶碳化硅由溶液法制备得到，第二杂质通过溶解于溶液中，实现对多晶碳化硅的掺杂。第一杂质中的Al通过溶解于溶液中，实现对多晶碳化硅的掺杂；第一杂质中的N通过溶解于溶液中实现掺杂，或通过在气氛中设置氮气实现掺杂。
优选地，所述多晶碳化硅由溶液生长法得到。
本发明提供的方法便于调节多晶碳化硅中第一杂质与第二杂质的掺杂密度，从而便于对多晶碳化硅的热膨胀系数进行调节，进而改变碳化硅复合基板的热膨胀性能。当多晶支撑层的热膨胀系数与单晶层相当时，能够实现两者基本同步的热胀冷缩。
本发明通过控制第一杂质的掺杂量以及第二杂质的掺杂量，不仅能够降低单晶层与多晶支撑层之间的电阻率，还能够根据需要对热膨胀系数进行调整。
本发明步骤(1)所述接合为本领常规的接合操作，所述接合在真空环境下进行，单晶碳化硅与多晶碳化硅的接合面经过研磨、抛光等表面处理获得满足分子接合所需的粗糙度，本发明不对此进行进一步限定。本发明通过在接合面分别引入第三杂质，实现了中间层中第三杂质的设置。
优选地，步骤(1)所述引入第三杂质的方法包括粒子照射。
本发明通过粒子照射实现第三杂质的引入，在引入第三杂质的同时，粒子照射还可以去除接合面存在的氧化层与吸附层，使价键露出，从而使待结合表面活性化。而且，粒子照射在真空环境中进行，粒子照射后的表面不会被氧化，从而能够在接合过程中保持活性状态。
在步骤(2)所述热处理过程中，多晶碳化硅中的第一杂质与第二杂质扩散至接合层中，从而实现包括第一杂质、第二杂质以及第三杂质的中间层的制备。
优选地，步骤(2)所述热处理的方法为阶梯式增温。
优选地，所述阶梯式增温包括：
(a)900-1100℃处理30-90min；
(b)1100-1300℃处理10-30min；
(c)1500-1700℃处理1-20min。
步骤(a)的处理温度为900-1100℃，例如可以是900℃、920℃、950℃、960℃、980℃、1000℃、1020℃、1050℃、1060℃、1080℃或1100℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(a)的处理时间为30-90min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min、80min或90min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(b)的处理温度为1100-1300℃，例如可以是1100℃、1120℃、1150℃、1180℃、1200℃、1220℃、1250℃、1260℃、1280℃或1300℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(b)的处理温度为10-30min，例如可以是10min、12min、15min、18min、20min、22min、25min、28min或30min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(c)的处理温度为1500-1700℃，例如可以是1500℃、1520℃、1550℃、1580℃、1600℃、1620℃、1650℃、1660℃、1680℃或1700℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
步骤(c)的处理温度为1-20min，例如可以是1min、3min、5min、8min、10min、12min、15min、16min、18min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明通过阶梯式增温，扩大了第三杂质的分布范围，也就是说增加了中间层的厚度。本发明通过中间层的增加，使得第三杂质的浓度整体降低，改善了界面电阻。
优选地，步骤(1)所述单晶碳化硅包括由离子注入形成的预埋弱化层。
本发明所述预埋弱化层的设置，便于接合后单晶碳化硅中多余部分的回收，降低了所述碳化硅复合基板的制造成本。且预埋弱化层的设置，能够在步骤(2)所述热处理过程中，结构沿预埋弱化层分离，并使第一杂质与第二杂质扩散至中间层，得到最终包括单晶层、中间层与多晶支撑层的碳化硅复合基板。
优选地，本发明所述离子注入的离子包括氢离子和/或氦离子。被电场加速的氢离子和/或氦离子进入到距离注入面一定深度的位置，使得该位置的材料弱化，以形成预埋的弱化层。
作为本发明第二方面所述制造方法的优选技术方案，所述制造方法包括如下步骤：
(1)于单晶碳化硅与多晶碳化硅的接合面分别通过粒子照射引入第三杂质，然后进行键合，形成接合层；所述单晶碳化硅包括由离子注入形成的预埋弱化层；
(2)阶梯式增温使多晶碳化硅中的第一杂质与第二杂质扩散至结合层，形成中间层；于预埋弱化层处分离，而后经过后处理，得到所述碳化硅复合基板。
第三方面，本发明提供了一种如第一方面所述碳化硅复合基板的应用，所述碳化硅复合基板应用于射频领域或新能源领域。
本发明提供的碳化硅复合基板的制造方法简单，且通过中间层的设置降低了单晶层与多晶支撑层之间的界面电阻；多晶支撑层采用溶液生长法制造，具有更低的成本和更低的电阻率，使其能够更适用于新能源领域。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的碳化硅复合基板的结构，通过在中间层以及多晶支撑层中均设置第一杂质与第二杂质，降低了单晶层与多晶支撑层之间的电阻率；且第三杂质的浓度分布更为合理，有利于降低界面电阻。
(2)本发明通过在中间层以及多晶支撑层中引入第一杂质与第二杂质，能够根据需要调节多晶支撑层的热膨胀系数，在满足使多晶支撑层的电阻率低于10mΩ·cm的基础上，通过调配杂质元素种类以及掺杂密度，能够使多晶支撑层的热膨胀系数与单晶层相当，避免热膨胀系数相差过大造成的热失配；
(3)本发明可以通过粒子照射实现第三杂质的引入，在引入第三杂质的同时，粒子照射还可以去除接合面存在的氧化层与吸附层，使价键露出，从而使待结合表面活性化。而且，粒子照射在真空环境中进行，粒子照射后的表面不会被氧化，从而能够在接合过程中保持活性状态；
(4)本发明通过预埋弱化层的设置，便于接合后单晶碳化硅中多余部分的回收，降低了所述碳化硅复合基板的制造成本；且在热处理过程中，结构沿预埋弱化层分离，并使第一杂质与第二杂质扩散至中间层，得到最终包括单晶层、中间层与多晶支撑层的碳化硅复合基板。
附图说明
图1为本发明提供的碳化硅复合基板的结构示意图；
图2为本发明提供的碳化硅复合基板的制造方法的热处理示意图，其中实心球表示第一杂质与第二杂质，空心球表示第三杂质；
图3为本发明提供的碳化硅复合基板的制造方法流程示意图。
其中：1，单晶层；10，键合界面；100，单晶碳化硅；100`，薄层；100``，待回收层；2，中间层；3，多晶支撑层；300，多晶碳化硅；400，预埋弱化层。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明提供了一种如图1所示的碳化硅复合基板，所述碳化硅复合基板包括层叠设置的单晶层1、中间层2与多晶支撑层3；
所述中间层2中包括第一杂质、第二杂质与第三杂质；
所述多晶支撑层3中包括第一杂质与第二杂质；
所述第一杂质包括Al和/或N；
所述第二杂质为金属杂质；
所述第三杂质包括Ar、He或Xe中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Ar与He的组合、He与Xe的组合，Ar与Xe的组合，或Ar、He与Xe的组合。
所述第一杂质与第二杂质的引入，能够降低单晶层1与多晶支撑层3之间的电阻率，且能够根据需要调节多晶支撑层3的热膨胀系数，在满足使多晶支撑层3的电阻率低于10mΩ·cm的基础上，通过调配杂质元素种类以及掺杂密度，能够使多晶支撑层3的热膨胀系数与单晶层相当，避免热膨胀系数相差过大造成的热失配；
作为进一步优选的技术方案，所述单晶层1的厚度为0.1-10μm。
作为进一步优选的技术方案，所述单晶层1的晶型包括4H型和/或6H型。
作为进一步优选的技术方案，所述中间层2的厚度为2.5-5nm。
作为进一步优选的技术方案，所述多晶支撑层3的厚度为50-500μm。
作为进一步优选的技术方案，所述多晶支撑层3的晶型包括4H型、6H型或3C型中的任意一种或至少两种的组合。
作为进一步优选的技术方案，所述第一杂质中Al的掺杂量为1021个/cm3以上。
作为进一步优选的技术方案，所述第一杂质中N的掺杂量为1021个/cm3以上。
作为进一步优选的技术方案，所述金属杂质包括Ti、Cr、Sc、Ni、Co、Mn、Mg、Ge、As、B、Dy、Y、Nb、Nd、Fe、Pr、Ce、La或Ta中的任意一种或至少两种的组合。
作为进一步优选的技术方案，所述多晶支撑层3的电阻率低于10mΩ·cm。
作为进一步优选的技术方案，所述中间层2由单晶碳化硅100与多晶碳化硅300接合形成，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的50-80％。
作为进一步优选的技术方案，所述中间层2中，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值不超过2。
作为进一步优选的技术方案，所述多晶支撑层3由溶液生长法制备，多晶支撑层3中的第一杂质与第二杂质在溶液生长法进行过程中引入。
制造本发明所述碳化硅复合基板的方法包括如下步骤：
(1)于单晶碳化硅100与多晶碳化硅300的接合面分别引入第三杂质，然后进行接合，形成接合层；
(2)热处理使多晶碳化硅300中的第一杂质与第二杂质扩散至结合层(参见图2)，形成中间层2。
多晶碳化硅300中的第一杂质和第二杂质通过溶液法引入，即在受控的气氛环境下，溶液中的C和Si在籽晶和溶液的界面上结晶，实现晶体的不断生长。第一杂质与第二杂质存在于气氛和/或溶液中，实现多晶碳化硅300中第一杂质与第二杂质的引入。
作为进一步优选的技术方案，第三杂质在单晶碳化硅100和多晶碳化硅300的接合工序中通过粒子照射引入，接合是在真空环境下两个足够光滑、结晶的表面形成分子粘附的接合工序。
作为进一步优选的技术方案，所述接合的方法包括键合。
热处理使多晶碳化硅300中的第一杂质与第二杂质扩散至结合层，形成中间层2后的第一杂质、第二杂质与第三杂质分布情况如图2所示，其中单晶碳化硅100与多晶碳化硅300的键合界面为10。
作为进一步优选的技术方案，步骤(2)所述热处理的方法为阶梯式增温，所述阶梯式增温包括：
(a)900-1100℃处理30-90min；
(b)1100-1300℃处理10-30min；
(c)1500-1700℃处理1-20min。
作为进一步优选的技术方案，步骤(1)所述多晶碳化硅300包括由离子注入形成的预埋弱化层400。
示例性的，当多晶碳化硅300包括预埋弱化层400时，所述碳化硅复合基板的制造方法包括如下步骤(参见图3)：
(I)溶液法制造多晶碳化硅300，生长的多晶碳化硅300中引入第一杂质与第二杂质；
(II)准备单晶碳化硅100，对其一个表面进行离子注入(氢和/或氦)，在该表面的一定深度处形成预埋弱化层400，预埋弱化层400将单晶碳化硅100分为两部分，一侧为薄层100`，另一侧为待回收层100``；
(III)将薄层100`和多晶碳化硅300的一个表面通过粒子照射引入第三杂质，然后沿键合界面10进行键合；
(IV)进行热处理，使单晶碳化硅100沿着预埋弱化层400分开，第一杂质与第二杂质扩展至中间层2，得到最终包括单晶层1、中间层2与多晶支撑层3的碳化硅复合基板；单晶碳化硅100沿着预埋弱化层400分开后，薄层100`被转移至碳化硅复合基板结构，待回收层100``重新再利用。
步骤(I)与步骤(II)不分先后顺序。
实施例1
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，所述碳化硅复合基板包括层叠设置的单晶层1、中间层2与多晶支撑层3；
所述单晶层1的厚度为1μm，晶型为4H型；
所述中间层2的厚度为3nm，包括第一杂质、第二杂质与第三杂质；所述中间层2由单晶碳化硅100与多晶碳化硅300接合形成，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的70％；且在中间层2中，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值为1.7；
所述多晶支撑层3的厚度为300μm，晶型为6H型，包括第一杂质与第二杂质，第一杂质的掺杂量为2×1021个/cm3，第二杂质的掺杂量使多晶支撑层3的电阻率为8mΩ·cm。
所述第一杂质为N，所述第二杂质为Cr；所述第三杂质为Ar。
本实施例所述碳化硅复合基板的制造方法包括如下步骤：
(I)溶液法制造多晶碳化硅300，生长的多晶碳化硅300中引入第一杂质与第二杂质；
(II)准备单晶碳化硅100，对其一个表面进行离子注入氢，在该表面的一定深度处形成预埋弱化层400，预埋弱化层400将单晶碳化硅100分为两部分，一侧为薄层100`，另一侧为待回收层100``；
(III)将薄层100`和多晶碳化硅300的一个表面通过粒子照射引入第三杂质，然后沿键合界面10进行键合；
(IV)进行阶梯式增温，使单晶碳化硅100沿着预埋弱化层400分开，第一杂质与第二杂质扩展至中间层2，得到最终包括单晶层1、中间层2与多晶支撑层3的碳化硅复合基板；单晶碳化硅100沿着预埋弱化层400分开后，薄层100`被转移至碳化硅复合基板结构，待回收层100``重新再利用；
所述阶梯式增温包括依次进行的1000℃处理30min、1200℃处理10min与1600℃处理3min。
步骤(I)与步骤(II)不分先后顺序。
实施例2
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，除阶梯式增温包括依次进行的1050℃处理45min、1250℃处理15min与1650℃处理5min，使中间层2的厚度为4nm，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的60％，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值为1.4外，其余均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，除阶梯式增温包括依次进行的900℃处理90min、1100℃处理30min与1500℃处理20min，使中间层2的厚度为3.5nm，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的65％，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值为1.6外，其余均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，除阶梯式增温包括依次进行的1100℃处理60min、1300℃处理20min与1700℃处理10min，使中间层2的厚度为5nm，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的55％，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值为1.3外，其余均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，与实施例1相比，本实施例中的阶梯式增温包括依次进行的1000℃处理40min与1600℃处理3min。
本实施例所得中间层2的厚度仅为2.7nm，界面电阻较高。
实施例6
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，与实施例1相比，本实施例中的阶梯式增温包括依次进行的1200℃处理40min与1600℃处理3min。
本实施例所得中间层2的厚度仅为2.8nm，界面电阻较高。
实施例7
本实施例提供了一种碳化硅复合基板，与实施例1相比，本实施例中的阶梯式增温包括依次进行的1000℃处理32min与1200℃处理11min。
本实施例所得中间层2的厚度仅为2.5nm，界面电阻较高。
对比例1
本对比例提供了一种碳化硅复合基板，除中间层2中仅包括第一杂质与第三杂质、不包括第二杂质外，其余均与实施例1相同。
本对比例所述碳化硅复合基板的制造方法包括如下步骤：
(I)物理气相传输法制造单晶碳化硅100，生长的单晶碳化硅100中引入第一杂质；
(II)准备单晶碳化硅100，对其一个表面进行离子注入氢，在该表面的一定深度处形成预埋弱化层400，预埋弱化层400将单晶碳化硅100分为两部分，一侧为薄层100`，另一侧为待回收层100``；
(III)将薄层100`和多晶碳化硅300的一个表面进行键合；
(IV)进行阶梯式增温，使单晶碳化硅100沿着预埋弱化层400分开，第一杂质与第二杂质扩展至中间层2，得到最终包括单晶层1、中间层2与多晶支撑层3的碳化硅复合基板；单晶碳化硅100沿着预埋弱化层400分开后，薄层100`被转移至碳化硅复合基板结构，待回收层100``重新再利用；
所述阶梯式增温包括依次进行的1000℃处理30min、1200℃处理10min与1600℃处理5min。
步骤(I)与步骤(II)不分先后顺序。
性能测试
对实施例1-7以及对比例1提供的碳化硅复合基板中，单晶层与多晶支撑层之间的界面电阻进行测量。分别在实施例1-7及对比例1提供的碳化硅复合基板的多晶支撑层的表面形成背面电极，单晶层的表面形成直径为0.3mm的圆形表面电极。在表面电极和背面电极之间施加电压V，记录相应的电流I，得到V-I曲线，计算出电阻值。所得结果如表1所示。
表1
表面电极和背面电极间的电阻(Ω)
实施例1 3.94
实施例2 3.85
实施例3 3.90
实施例4 3.78
实施例5 4.08
实施例6 4.05
实施例7 4.10
对比例1 4.12
综上所述，本发明提供的碳化硅复合基板的结构，通过在中间层以及多晶支撑层中均设置第一杂质与第二杂质，降低了单晶层与多晶支撑层之间的电阻率；本发明通过在中间层以及多晶支撑层中引入第一杂质与第二杂质，能够根据需要调节多晶支撑层的热膨胀系数，在满足使多晶支撑层的电阻率低于10mΩ·cm的基础上，通过调配杂质元素种类以及掺杂密度，能够使多晶支撑层的热膨胀系数与单晶层相当，避免热膨胀系数相差过大造成的热失配；本发明可以通过粒子照射实现第三杂质的引入，在引入第三杂质的同时，粒子照射还可以去除接合面存在的氧化层与吸附层，使价键露出，从而使待结合表面活性化。而且，粒子照射在真空环境中进行，粒子照射后的表面不会被氧化，从而能够在接合过程中保持活性状态；本发明通过预埋弱化层的设置，便于接合后多晶碳化硅中多余部分的回收，降低了所述碳化硅复合基板的制造成本；且在热处理过程中，结构沿预埋弱化层分离，并使第一杂质与第二杂质扩散至中间层，得到最终包括单晶层、中间层与多晶支撑层的碳化硅复合基板。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种碳化硅复合基板，其特征在于，所述碳化硅复合基板包括层叠设置的单晶层、中间层与多晶支撑层；
所述中间层中包括第一杂质、第二杂质与第三杂质；
所述多晶支撑层中包括第一杂质与第二杂质；
所述第一杂质包括Al和/或N；
所述第二杂质为金属杂质；
所述第三杂质包括Ar、He或Xe中的任意一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的碳化硅复合基板，其特征在于，所述单晶层的厚度为0.1-10μm；
所述中间层的厚度为2.5-5nm；
所述多晶支撑层的厚度为50-500μm。
3.根据权利要求1或2所述的碳化硅复合基板，其特征在于，所述多晶支撑层的电阻率低于10mΩ·cm；
通过改变第一杂质、第二杂质的种类以及掺杂密度，使多晶支撑层的热膨胀系数与单晶层相当。
4.根据权利要求3所述的碳化硅复合基板，其特征在于，所述中间层由单晶层与多晶支撑层接合形成，第三杂质在结合界面2nm以内的含量为第三杂质总量的50-80％；
所述中间层中，第三杂质的最大浓度与最小浓度的比值不超过2。
5.根据权利要求1所述的碳化硅复合基板，其特征在于，所述多晶支撑层由溶液生长法制备，多晶支撑层中的第一杂质与第二杂质在溶液生长法进行过程中引入。
6.一种如权利要求1-5任一项所述碳化硅复合基板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
(1)于单晶碳化硅与多晶碳化硅的接合面分别引入第三杂质，然后进行接合，形成接合层；
(2)热处理使多晶碳化硅中的第一杂质与第二杂质扩散至结合层，形成中间层。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤(2)所述热处理的方法为阶梯式增温。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)所述单晶碳化硅包括由离子注入形成的预埋弱化层。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤：
(1)于单晶碳化硅与多晶碳化硅的接合面分别通过粒子照射引入第三杂质，然后进行键合，形成接合层；所述单晶碳化硅包括由离子注入形成的预埋弱化层；
(2)阶梯式增温使多晶碳化硅中的第一杂质与第二杂质扩散至接合层，形成中间层；于预埋弱化层处分离，而后经过后处理，得到所述碳化硅复合基板。
10.一种如权利要求1-5任一项所述碳化硅复合基板的应用，其特征在于，所述碳化硅复合基板应用于射频领域或新能源领域。
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