本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，具體涉及一種基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、電子系統(tǒng)正朝著小型化、多樣化、智能化的方向發(fā)展，旨在形成具有感知、通信、處理、傳輸?shù)榷喙δ芪⑾到y(tǒng)。微系統(tǒng)的核心技術(shù)在于集成，三維異質(zhì)異構(gòu)集成逐漸成為從芯片制造到系統(tǒng)集成的連接紐帶；在這種集成方式下，不同的芯片可以擁有不同的功能、制程和特性，從而實(shí)現(xiàn)更多樣化的應(yīng)用和更高級(jí)別的性能。

2、異質(zhì)異構(gòu)集成中的單片集成是指在單芯片上將不同功能的各種器件進(jìn)行集成，芯片的封裝步驟可以被省略，但需要滿足的工藝制造要求有一定難度。當(dāng)前單片異質(zhì)集成主要是基于si基板；例如，在微電子器件方面，主要發(fā)展方向?yàn)棰?ⅴ族和si基cmos電子器件的單片異質(zhì)集成；在光電子、mems器件方面，主要發(fā)展方向?yàn)棰?ⅴ族光電器件、si基cmos電子器件和mems器件等的單片異質(zhì)集成。

3、然而，要實(shí)現(xiàn)多功能模塊一體化集成，必須依賴多種材料來(lái)完成不同的功能；si與大多數(shù)化合物半導(dǎo)體尤其是ⅲ-ⅴ族化合物之間存在較大的晶格失配和熱失配；且ⅲ-ⅴ族器件、量子阱、熱敏電阻等器件的制作并不與標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝兼容。而且，多器件、多模塊之前的隔離問(wèn)題也增加了制造工藝的復(fù)雜度；芯片的集成度提高，還引入了散熱問(wèn)題。

4、結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種新的基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述表述，本發(fā)明提供了一種基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決現(xiàn)有集成技術(shù)中si基板與化合物半導(dǎo)體材料之間存在大失配問(wèn)題、及多器件多模塊間的熱管理和隔離設(shè)計(jì)難題的技術(shù)問(wèn)題。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)，包括：硅襯底、埋氧層、頂部硅層、3c-sic層、硅光器件、射頻器件、光電器件、功率器件及mems器件；

4、所述埋氧層設(shè)于所述硅襯底和所述頂部硅層之間；所述3c-sic層設(shè)于所述頂部硅層上；

5、所述頂部硅層依次設(shè)有第一功能區(qū)、第二功能區(qū)、第三功能區(qū)、第四功能區(qū)和第五功能區(qū)；所述3c-sic層依次設(shè)有第一子3c-sic層、第二子3c-sic層和第三子3c-sic層；

6、其中，所述第一功能區(qū)用于形成所述硅光器件；所述第一子3c-sic層、所述第二子3c-sic層和所述第三子3c-sic層分別與所述第二功能區(qū)、所述第三功能區(qū)和所述第四功能區(qū)對(duì)應(yīng)設(shè)置，分別用于設(shè)置所述光電器件、所述射頻器件和所述功率器件；所述第五功能區(qū)用于設(shè)置所述mems器件，以構(gòu)建形成多器件異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)。

7、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

8、進(jìn)一步的，位于所述第一功能區(qū)的頂部硅層通過(guò)多次不同深度的刻蝕，和/或，摻雜、薄膜沉積、局部開(kāi)孔、鍺外延工藝，以構(gòu)建形成所述硅光器件。

9、進(jìn)一步的，所述硅光器件為波導(dǎo)、光柵、調(diào)制器和鍺器件中的一種或多種。

10、進(jìn)一步的，位于所述第三功能區(qū)的第二子3c-sic層上設(shè)有所述射頻器件；

11、所述射頻器件包括設(shè)于所述第二子3c-sic層上的外延材料和位于所述外延材料上的介質(zhì)層和電極。

12、進(jìn)一步的，所述外延材料為ⅲ-ⅴ族材料。

13、進(jìn)一步的，所述射頻器件為gan?hemt、gaas?hbt、inp?hbt或ga2o3hemt。

14、進(jìn)一步的，位于所述第二功能區(qū)的第一子3c-sic層上鍵合有所述光電器件；

15、所述光電器件為iii-v族激光器或發(fā)光器件。

16、進(jìn)一步的，位于所述第四功能區(qū)的第三子3c-sic層上形成有所述功率器件；

17、所述功率器件為橫向mosfet、橫向sbd或橫向igbt。

18、進(jìn)一步的，位于所述第五功能區(qū)的頂部硅層上形成有所述mems器件；

19、所述mems器件為壓阻壓力傳感器、電容式壓力傳感器、微振子、mems光學(xué)傳感器或生物傳感器。

20、第二方面，本發(fā)明還提供一種用于制備如第一方面所述的基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

21、在包含埋氧層的硅晶圓頂部生長(zhǎng)沉積3c-sic層，得到集成基板；所述集成基板設(shè)有五個(gè)功能區(qū)；

22、對(duì)第二功能區(qū)和第一功能區(qū)的3c-sic層進(jìn)行刻蝕、絕緣層沉積和平坦化處理后，進(jìn)行多次不同深度的3c-sic刻蝕形成波導(dǎo)和暴露頂部硅層表面；

23、在第一功能區(qū)處，對(duì)暴露的頂部硅層進(jìn)行刻蝕、離子注入、絕緣層沉積和平坦化處理后，進(jìn)行多次不同深度的硅刻蝕形成硅光器件；

24、在第三功能區(qū)處，在3c-sic層上外延半導(dǎo)體材料，對(duì)所述半導(dǎo)體材料進(jìn)行刻蝕、介質(zhì)沉積和電極制備，制作形成射頻器件；

25、在第二功能區(qū)處，在3c-sic層上鍵合形成光電器件；

26、在第四功能區(qū)處，對(duì)3c-sic層進(jìn)行刻蝕、介質(zhì)沉積和電極制備，制作形成功率器件；

27、在第五功能區(qū)處，在暴露的頂部硅層上進(jìn)行介質(zhì)沉積、刻蝕、薄膜沉積和電極制備，制作形成mems器件。

28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的技術(shù)方案具有以下有益技術(shù)效果：

29、本發(fā)明提供的基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)形成有硅襯底、埋氧層、頂部硅層、3c-sic層、硅光器件、射頻器件、光電器件、功率器件及mems器件；埋氧層設(shè)于硅襯底和頂部硅層之間；3c-sic層設(shè)于頂部硅層上；頂部硅層依次設(shè)有五個(gè)功能區(qū)；第一功能區(qū)用于形成硅光器件；第一子3c-sic層、第二子3c-sic層和第三子3c-sic層分別與第二功能區(qū)、第三功能區(qū)和第四功能區(qū)對(duì)應(yīng)設(shè)置，分別用于設(shè)置光電器件、射頻器件和功率器件；第五功能區(qū)用于設(shè)置mems器件，以構(gòu)建形成多器件異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)。相較于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

30、（1）3c-sic層設(shè)于頂部硅層上，提供了3c-sic-on-si基板，該結(jié)構(gòu)融合了si的大尺寸低成本優(yōu)勢(shì)和寬禁帶半導(dǎo)體3c-sic的優(yōu)勢(shì)。其中，3c-sic既可以作為一些器件的功能層，如功率器件的漂移層，mems器件的微懸臂梁和傳感薄膜；也可以作為外延生長(zhǎng)其他材料的緩沖層（射頻器件），如ⅲ-ⅴ族材料gan、ga2o3等，可以有效改善si與化合物半導(dǎo)體材料間的失配和應(yīng)力；還可以作為鍵合層（光電器件），提高si與其他材料或模塊間的鍵合強(qiáng)度；因此，該3c-sic/si集成平臺(tái)適合于多材料多器件集成。

31、（2）3c-sic層具有高導(dǎo)熱性，可以改進(jìn)多器件集成情況的熱管理能力，改善集成度提高的芯片的散熱問(wèn)題；通過(guò)設(shè)置間隔的多個(gè)子3c-sic層，對(duì)器件或模塊之間進(jìn)行熱隔離，如隔離熱敏器件和發(fā)熱器件之間的熱量傳遞。

32、（3）3c-sic層可以抑制襯底和其上外延層之間的原子擴(kuò)散，應(yīng)用在射頻器件中可以有效改善射頻損耗，能夠?qū)崿F(xiàn)利用3c-sic改進(jìn)單片集成的串?dāng)_隔離設(shè)計(jì)。

33、綜上，本發(fā)明提供的基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)及其制備方法中，3c-sic/si與其他化合物半導(dǎo)體的失配問(wèn)題相對(duì)si有所改善，適合集成多元材料；3c-sic具有高導(dǎo)熱性，通過(guò)間隔布局設(shè)計(jì)可改進(jìn)集成芯片的熱管理能力；此外，3c-sic可抑制原子擴(kuò)散，可實(shí)現(xiàn)單片集成的串?dāng)_隔離設(shè)計(jì)。因此，該基于硅基3c-sic的單片異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)能夠根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)多種器件或模塊集成，實(shí)現(xiàn)多功能模塊一體化異質(zhì)集成芯片。