具有背侧散热的绝缘体上半导体的制作方法_4

文档序号:9377998阅读:来源:国知局
高的频率下工作,这是因为NMOS中的电荷载流子是电子。类似地,诸如P型金属氧化物半导体(PMOS)之类的P型有源器件在其沟道中引入了压缩应变时将能够在更高的频率下工作,这是因为NMOS中的电荷载流子是空穴。
[0056]可参考图9来描述根据本发明的SOI结构。图9图示了一种SOI结构,其中有源层103、绝缘层102以及基板的原始的SOI结构已经被附接至操纵晶圆107,并且已经经历了背侧处理以去除其基板。已经在有源层103中产生了电路,包括诸如NMOS 900之类的η型有源器件以及诸如PM0S901之类的P型有源器件。此外,应变引入层902出现在绝缘层102的背面。
[0057]图9所示的结构相对于通常在半导体器件中引入应变的方案具有某些优势。器件中的应力可造成伴随其所产生的优点的诸如晶圆翘曲之类的问题,因此希望尽可能具体地限制及标的出半导体结构中所引入的应力的总量。由于应变引入层的效力随着将要应变的区域与应变区域之间的距离的减小而增大,所以在实现与通过将应变引入层尽可能靠近有源器件的沟道放置所实现的沟道应变相同的有益沟道应变的同时,限制在半导体中引入的总应变。从顶侧处理制造工艺来说这是有问题的,因为通常需要先沉积最底层。由此,应变引入层一般沉积在FET器件的栅极上,因此与沟道相距甚远。并且,栅极的图案化造成了应变引入层中的不平坦性,从而使得应变引入层的效果取决于诸如FET器件的长度和宽度之类的几何效果。此外,半导体器件在沉积应变层(涉及600-1050°C范围内的相当高的温度)之后经历进一步的处理步骤。这种必要性对半导体器件具有两种削弱效果。首先,应变引入层所引入的应变会在高温退火期间削弱,这与应变引入层的总体愿望是相反的。其次,应变引入层可造成有源层的塑性变形以及晶圆翘曲,这将造成诸如滑移和位错产生之类的硅晶缺陷,这些情况显著地降低了所得到的器件的电性能及成品率。相反,根据本发明利用背侧处理引入应变引入层允许在有源层已经完全处理完之后以紧密接触有源器件的沟道的方式沉积应变引入层,从而避免了与早期阶段引入的应力有关的问题。
[0058]在本发明的具体实施例中,可利用平版印刷工艺或能实现应变引入层的图案化沉积的其它制造方法(例如参考图11描述的那些方法)来提供应变引入层。图9图示了其中已经使应变引入层902形成图案从而包括拉伸应变层903和压缩应变层904的具体实施例。在本发明的具体实施例中,可利用会在有源层103上产生拉伸应力或压缩应力的不同材料来形成应变引入层902的这两个部分。可引入拉伸应变的材料包括氮化硅、以及氮化铝。可引入压缩应变的材料包括氮化硅、氮化铝以及类金刚石碳素。根据材料沉积的条件,相同的材料可引入压缩或者拉伸应变。在本发明的具体实施例中,可通过在不同条件下沉积相同材料来形成应变引入层902的这两个部分。可应用多种材料,其中通过调制沉积条件来控制材料的应变引入特性。例如,利用化学气相沉积在不同条件下沉积的氮化硅或氮化铝可产生拉伸的或压缩的应变。在本发明的具体实施例中,可在具有诸如NMOS 900之类的η型有源器件的SOI结构上沉积拉伸应变层903,可在具有诸如PMOS 901之类的ρ型有源器件的SOI结构上沉积拉压缩变层904。从而,两种器件的载流子移动性都有效地提高。
[0059]在本发明的具体实施例中,在背侧处理期间将均匀的应变引入层沉积在SOI结构的底部。这些实施例在具体载流子类型的有源器件在有源层103的电路中占主导地位的情况下特别有用。例如,如果有源层103中的有源器件主要是NMOS晶体管,则可在SOI结构的背侧提供均匀的拉伸应变层。从而,可改善NMOS晶体管,并且更多数量的NMOS晶体管的改进所提供优势胜过对任意PMOS晶体管中的载流子的移动性的潜在削弱变化。
[0060]在本发明的具体实施例中,一个或多个应变引入层可直接布置在有源层103的背侦U。这可以通过在沉积应变引入层902之前去除绝缘层102的附加背侧处理步骤来实现。这些实施例共有允许在半导体器件处理序列的后期阶段沉积应变引入层的有益特征。但是,在一些实施例中,应变引入层更靠近有源层103。因此,需要更小的总体应力,这提高了所得到的半导体器件的电特性以及产率,同时提高了其有源器件的沟道中的电荷载流子的移动性。在本发明的具体实施例中,当应变引入层902直接沉积在有源层103上时,应变引入层902由电绝缘材料制成,从而保持SOI结构的有益电特性。引入应变并作为电绝缘体的材料包括氮化硅、氮化铝、碳化硅以及类金刚石。
[0061]在本发明的具体实施例中,提供不同图案来在有源层103中引入应变。这些图案可在与电荷载流子的流动平行或垂直的方向上产生二轴向应变或单轴向应变。可通过应用如上所述的多个至少部分地共同垂直延伸的应变引入层来形成这些图案。类似地,可通过应用如上所述的沉积在挖掉的绝缘区域中的应变引入层来形成这些图案。可参考图10来描述可引入拉伸或压缩应变的各种图案。栅极1000被应变引入层1001围绕。如果应变引入层1001是拉伸应力引入层,则该图案将在栅极1000下的沟道中产生二轴向拉伸应变。如果应变引入层1001是压缩应变引入层,则该图案将在栅极1000下的沟道中产生二轴向压缩应变。栅极1010被应变引入层1011围绕。栅极1010具有大的宽长比。这样,应变引入层1011的应用将降低栅极1010下的沟道中的占主导的与电荷载流子流经沟道的方向平行的拉伸或压缩的(取决于应变引入层1011对应于压缩还是拉伸)单轴向应变。栅极1020处于应变引入层1021上方。该图案将在栅极1020下的沟道中引入单轴向应变,该单轴向应变与电荷载流子流经沟道的方向垂直,并且根据应变引入层1021对应于压缩还是拉伸而相应地是压缩或拉伸的。最后,栅极1030被应变引入层1031围绕。该图案的效果是,如果为应变引入层1031和1011采用相同类型的材料,则产生与层1011所引入的应变相反的应变。例如,如果应变引入层1031是拉伸引入型的,则在栅极1030下的沟道中引入压缩应变。类似地,如果应变引入层1031是压缩型的,则在栅极1030下的沟道中引入拉伸应变。
[0062]可参考图11来描述根据本发明的SOI结构。图11图示了包括有源层103的SOI结构,其中已经根据特定图案去除了绝缘层102以形成挖掉的绝缘区域300,并且在有源层103中产生期望的应变力分布。在本发明的具体实施例中,可利用用于所有应变引入层902的相同的材料在有源层103中引入拉伸和压缩应变。如之前参考图10描述的那样,相同的材料可用于应变引入层1011和1031以在栅极1010和1030下的沟道中引入相反类型的应变。如图11所示,挖掉的绝缘区域300可暴露诸如NMOS 900之类的η型有源器件的沟道,并且围绕诸如PMOS 901之类的ρ型有源器件的沟道图案化。在这种情况下,应变引入层902可以是一个均匀的拉伸应变引入层,其可与挖掉的绝缘区域300合作来提高NMOS 900中的带女子以及PMOS 901中空穴的移动性。在本发明的具体实施例中,图案的极性以及所沉积的材料的应变类型与之前描述的实施例相比可交换,并且可得到同样的双重改进效果。
[0063]在本发明的具体实施例中,挖掉的绝缘区域300可形成为仅仅暴露有源层103中的有源器件的一个子集。例如,以仅仅暴露诸如NMOS 900之类的η型有源器件的沟道的图案来去除挖掉的绝缘区域300,随后在SOI结构的背面沉积拉伸应变引入层。类似地,在本发明的具体实施例中,与之前描述的实施例相比,图案的极性以及所沉积的材料的应变类型可互换。在本发明的具体实施例中,剩余绝缘区域下的应变进入层可通过刻蚀处理去除。虽然在这些实施例中仅仅一种类型的器件会发生应变,但是这仍能产生有利性能,尤其是在更着重地取决于某种类型的半导体材料的性能的设计中。
[0064]在本发明的具体实施例中,与SOI结构背侧接触的在有源层中引入应变的材料还作为散热层。这样,本说明书的第一部分中的任何散热层可由额外地引入应变的层所代替。此外,该实施例与其中应变引入层被图案化来与诸如有源器件的沟道之类的热源接触的这些实施例的结合可产生有利结果。在具体实施例中,应变引入层将沉积在有源器件的沟道上,并且还以标准绝缘层对于SOI结构的方式隔离器件。可通过隔离、导热以及应变引入提供这些有利特征的材料包括:氮化铝、碳化硅、以及类金刚石碳素。在本发明的具体实施例中,绝缘层102可完全去除,并且由图案化的热传播层代替,该热传播层可在散热的同时提供参考图10时描述的用于应变引入层的图案。
[0065]可参考图12来描述根据本发明的制造集成电路的方法。在步骤1200,利用背侧处理从SOI结构的背面去除基本。在本发明的具体实施例中,SOI结构已经经历了大量处理从而几乎完成了 SOI结构的有源层中的电路。用于在步骤1200中去除基板的方法与参考图7步骤703所描述的这些方法相同。在本发明的具体实施例中,步骤1200之后是在步骤1203中在SOI结构的背侧沉积应变引入层。所沉积的应变引入层可通过溅射、化学气相沉积或任意其它方法沉积在整个SOI结构背部表面。应变引入层可包括压缩或拉伸的应变。并且,可利用平版印刷或一些其它方法来图案化所沉积的层,从而在步骤1203沉积第一部分中的第一应变层,随后在步骤1205沉积另一应变层。在这种情况下,可形成可能具有拉伸引入部分和压缩引入部分的多部分的应变引入层。在本发明的具体实施例中,实际上可利用与步骤1203和1205相同的材料以及针对这两个步骤的不同处理条件来形成该多部分的应变引入层。如上所述,诸如氮化硅之类的材料根据涂覆它们时的条件而显示出拉伸或压缩的应力。
[0066]在本发明的具体实施例中,步骤1200中去除基板材料之后是在步骤1201中去除绝缘材料。该去除可包含参考图7的步骤704描述的任意方法。在本发明的具体实施例中,步骤1201之后可以是在步骤1202中沉积散热层。该沉积可包含参考图7的步骤705和706描述的任意方法。在本发明的具体实施例中,步骤1201之后可以由步骤1203中应变引入层的沉积代替。在本发明的其中应变引入层和散热层是同一个的具体实施例中,这两个步骤没有区别。在本发明的具体实施例中,步骤1201中的绝缘层去除可从SOI结构背面完全去除绝缘材料。如果该步骤之后是应变层1203的沉积,则所得到的
当前第4页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1