專利名稱：一種半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，具體來說，涉及一種具有更好導(dǎo)熱性能的襯底的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，具有更高性能和更強(qiáng)功能的集成電路要求更大的元件密度，而且各個(gè)元件自身的尺寸也進(jìn)一步縮小。自加熱效應(yīng)(klf-heating)主要是由于器件工作在開態(tài)時(shí)，由電流產(chǎn)生的焦耳熱使得器件溫度升高，從而導(dǎo)致器件性能退化的一種現(xiàn)象，隨著器件的尺寸越來越小、器件的密度越來越大，導(dǎo)致器件的自加熱效應(yīng) (Self-heating)越來越嚴(yán)重，從而嚴(yán)重影響了器件的綜合性能。因此，有必要提出一種具有更好導(dǎo)熱性能的襯底的半導(dǎo)體器件及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成刻蝕停止層、半導(dǎo)體層以及絕緣層；在所述絕緣層上形成碳納米管層；去除襯底以及刻蝕停止層，以碳納米管層為替代襯底；以及在所述半導(dǎo)體層上形成預(yù)定器件。本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括提供SOI襯底，所述 SOI襯底包括頂層硅、埋氧化層以及背襯底；在所述襯底的頂層硅上形成絕緣層；在所述絕緣層上形成碳納米管層；去除所述背襯底以及埋氧化層，以碳納米管層為替代襯底；以及在所述頂層硅上形成預(yù)定器件。本發(fā)明還提供了使用上述方法形成的半導(dǎo)體器件，所述器件包括襯底，所述襯底為碳納米管層；形成于所述碳納米管層上的絕緣層；形成于絕緣層上的半導(dǎo)體層；形成于半導(dǎo)體層上的預(yù)定器件。通過采用本發(fā)明所述的方法，形成了具有碳納米管層的替代襯底，并在碳納米管的襯底結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體層上形成器件結(jié)構(gòu)，由于在沿著碳納米管的空管方向，其具有很好的散熱性能，從而減小器件的自加熱效應(yīng)，進(jìn)而提高了器件的整體性能。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法流程圖；圖2-5示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的各個(gè)制造階段器件的示意圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法流程圖；圖7-10示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的各個(gè)制造階段器件的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通常涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。第一實(shí)施例參考圖1，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖。在步驟S101，參考圖2，提供半導(dǎo)體襯底200。在本實(shí)施例中，襯底200包括位于晶體結(jié)構(gòu)中的硅襯底(例如晶片)，在其他實(shí)施例中，還可以包括其他基本半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體，例如Ge、GeSi、GaAS、InP, SiC或金剛石等，在本實(shí)施例中所述襯底200為犧牲襯底。在步驟S102，在所述半導(dǎo)體襯底200上依次形成刻蝕停止層202、半導(dǎo)體層204 以及絕緣層206，如圖2所示?？梢酝ㄟ^合適的沉積工藝，例如PVD、CVD、ALD、PLD、MOCVD, PEALD、濺射等，依次在所述半導(dǎo)體200上沉積形成刻蝕停止層202、半導(dǎo)體層204以及絕緣層206。所述可以刻蝕停止層202選擇與襯底200及半導(dǎo)體層204有選擇性的材料來形成，在本發(fā)明實(shí)施例中為SiGe，在其他實(shí)施例中，還可以根據(jù)襯底200及半導(dǎo)體層204的材料選擇合適的材料形成。其厚度為大約100至1000納米。所述半導(dǎo)體層204，在本發(fā)明實(shí)施例中為硅，在其他實(shí)施例中，還可以包括其他基本半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體，例如Ge、GeSi、 GaAS、hP、SiC或金剛石等，其厚度為大約50至100納米。所述絕緣層206可以為氧化硅、 氮氧化硅等介質(zhì)材料，其厚度為大約10至50納米。在步驟S103，在所述絕緣層206上形成碳納米管層208，如圖3所示?？梢酝ㄟ^化學(xué)氣相淀積(CVD)法或稱為碳?xì)錃怏w熱解法來形成，具體來說，先淀積金屬催化劑層 (catalyst)，如鈷、鎳、鐵等，或其混合物組合，而后進(jìn)行化學(xué)氣相淀積，讓氣態(tài)烴通過附著有催化劑微粒的金屬催化劑層，在800 1200度的條件下，氣態(tài)烴可以分解生成碳納米管， 從而形成碳納米管層208。在步驟S 104，去除襯底200以及刻蝕停止層202，以碳納米管層208為替代襯底， 如圖4所示?？梢苑D(zhuǎn)所述器件，而后選擇性刻蝕，例如濕法腐蝕的方法去除襯底200，并以刻蝕停止層202為停止層，而后，選擇性刻蝕，例如濕法腐蝕的方法去除停止層202，并以半導(dǎo)體層204為刻蝕停止層，從而使碳納米管層208為替代襯底，可以在后續(xù)步驟中，在其上的半導(dǎo)體層204上形成所需器件。在步驟S105，在所述半導(dǎo)體層204上形成預(yù)定器件300，參考圖5。所述預(yù)定器件可以制作有晶體管、二極管、層間介質(zhì)層或其他半導(dǎo)體組件。參考圖5，圖5示出了預(yù)定器件 300的一個(gè)實(shí)施例，具體來說，首先在半導(dǎo)體層204上形成柵極區(qū)，所述柵極區(qū)可以通過在襯底上依次形成柵介質(zhì)層302和柵電極304，而后圖形化來形成，所述柵介質(zhì)層302可以為高k介質(zhì)材料、氧化硅和氮氧化硅等，所述柵電極304可以是一層或多層結(jié)構(gòu)，可以為金屬、金屬化合物、多晶硅和金屬硅化物，及其它們的組合，所述柵極區(qū)還可以包括其他結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對此并不局限于此。所述柵極區(qū)可以通過熱氧化或PVD、CVD、ALD、PLD、MOCVD、PEALD、 濺射或其他合適的工藝形成。而后，在柵極區(qū)的側(cè)壁形成側(cè)墻305，可以為一層或多層結(jié)構(gòu)， 可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物摻雜硅玻璃、低k電介質(zhì)材料及其組合， 和/或其他合適的材料形成。而后，而后，可以通過根據(jù)期望的晶體管結(jié)構(gòu)，注入P型或η 型摻雜物或雜質(zhì)到半導(dǎo)體層204中形成源極區(qū)和漏極區(qū)306，可以由包括光刻、離子注入、 擴(kuò)散和/或其他合適工藝的方法形成。此預(yù)定器件300僅為示例，并不限于此，本發(fā)明對預(yù)定器件300的結(jié)構(gòu)及形成方法、工藝、材料等并不做任何限定。第二實(shí)施例下面將僅就第二實(shí)施例區(qū)別于第一實(shí)施例的方面進(jìn)行闡述。未描述的部分應(yīng)當(dāng)認(rèn)為與第一實(shí)施例采用了相同的步驟、方法或者工藝來進(jìn)行，因此在此不再贅述。參考圖6，圖6示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法的流程圖。 在步驟S201，提供S0I(Silicon On Isulator，絕緣體上硅)襯底200，參考圖7，所述SOI 襯底200包括頂層硅2003、埋氧化層2002以及背襯底2001。需要說明的是，在第一實(shí)施例中所述的襯底200以及在其上形成的刻蝕停止層 202、半導(dǎo)體層204，在第二實(shí)施例中直接由SOI襯底提供，第二實(shí)施例中的背襯底2001、埋氧化層2002和頂層硅2003分別等同于第一實(shí)施例中的襯底200、刻蝕停止層202、半導(dǎo)體層 204。在步驟S202，在所述襯底上形成絕緣層206，如圖7所示。所述絕緣層206可以為氧化硅、氮氧化硅等介質(zhì)材料，其厚度為大約10至50納米，可以通過PVD、CVD、ALD、PLD、 MOCVD、PEALD、濺射或其他合適工藝形成。在步驟S203，在所述絕緣層206上形成碳納米管層208，如圖8所示，所述步驟與第一實(shí)施例中步驟S103相同，不再贅述。在步驟S204，去除所述背襯底2001以及埋氧化層2002，以碳納米管層208為替代襯底，參考圖9，同第一實(shí)施例中的去除襯底200及刻蝕停止層202，不再贅述。在步驟S205，在所述頂層硅2003上形成預(yù)定器件，參考圖10，同第一實(shí)施例中在所述半導(dǎo)體層204上形成預(yù)定器件相同，不再贅述。此外，本發(fā)明還提供了根據(jù)上述方法形成的半導(dǎo)體器件，參考圖5，所述器件包括 襯底，所述襯底為碳納米管層208 ；形成于所述碳納米管層208上的絕緣層206 ；形成于絕緣層206上的半導(dǎo)體層204 ；形成于半導(dǎo)體層204上的預(yù)定器件300。其中所述碳納米管層的厚度為大約1至10mm。所述絕緣層的厚度為10至50nm。所述預(yù)定器件包括晶體管、二極管、層間介質(zhì)層或其他半導(dǎo)體組件。在一個(gè)實(shí)施例中所述預(yù)定器件300包括形成于半導(dǎo)體成上的柵極區(qū)，所述柵極區(qū)包括柵介質(zhì)層302和柵電極304，以及形成于柵極區(qū)側(cè)壁的側(cè)墻305，以及形成于所述柵極區(qū)兩側(cè)的半導(dǎo)體層204內(nèi)的源極區(qū)和漏極區(qū)306，此預(yù)定器件的結(jié)構(gòu)僅為示例，并不限于此。以上對通過去除犧牲襯底或SOI襯底中的底層硅并形成碳納米管的替代襯底的方法進(jìn)行了詳細(xì)描述，以碳納米管層為替代襯底，并在碳納米管的襯底結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體層上形成器件結(jié)構(gòu)，由于在沿著碳納米管的空管方向，其具有很好的散熱性能，從而減小器件的自加熱效應(yīng)，進(jìn)而提高了器件的整體性能。
雖然關(guān)于示例實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)詳細(xì)說明，應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的精神和所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種變化、替換和修改。對于其他例子，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易理解在保持本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)的同時(shí)，工藝步驟的次序可以變化。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括 提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上依次形成刻蝕停止層、半導(dǎo)體層以及絕緣層； 在所述絕緣層上形成碳納米管層； 去除襯底以及刻蝕停止層，以碳納米管層為替代襯底；以及在所述半導(dǎo)體層上形成預(yù)定器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中形成所述碳納米管層的步驟包括在絕緣層上形成金屬催化劑層，而后進(jìn)行化學(xué)氣相淀積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述半導(dǎo)體層的厚度為50至lOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述絕緣層的厚度為10至50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中所述碳納米管層的厚度為1至10mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述預(yù)定器件包括晶體管、二極管、層間介質(zhì)層或其他半導(dǎo)體組件。
7.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，所述方法包括提供SOI襯底，所述SOI襯底包括頂層硅、埋氧化層以及背襯底； 在所述襯底的頂層硅上形成絕緣層； 在所述絕緣層上形成碳納米管層；去除所述背襯底以及埋氧化層，以碳納米管層為替代襯底；以及在所述頂層硅上形成預(yù)定器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中形成所述碳納米管層的步驟包括在絕緣層上形成金屬催化劑層，而后進(jìn)行化學(xué)氣相淀積。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述碳納米管層的厚度為1至10mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述絕緣層的厚度為10至50nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述預(yù)定器件包括晶體管、二極管、層間介質(zhì)層或其他半導(dǎo)體組件。
12.—種半導(dǎo)體器件，所述器件包括 襯底，所述襯底為碳納米管層； 形成于所述碳納米管層上的絕緣層； 形成于絕緣層上的半導(dǎo)體層；形成于半導(dǎo)體層上的預(yù)定器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的器件，其中所述碳納米管層的厚度為1至10mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的器件，其中所述絕緣層的厚度為10至50nm。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的器件，其中所述預(yù)定器件包括晶體管、二極管、層間介質(zhì)層或其他半導(dǎo)體組件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件及其制造方法，通過去除犧牲襯底或SOI襯底中的底層硅并形成碳納米管的替代襯底，并在碳納米管的襯底結(jié)構(gòu)上的半導(dǎo)體層上形成器件結(jié)構(gòu)，由于在沿著碳納米管的空管方向，其具有很好的散熱性能，從而減小器件的自加熱效應(yīng)，進(jìn)而提高了器件的整體性能。
文檔編號H01L23/373GK102299053SQ20101021512
公開日2011年12月28日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者朱慧瓏, 梁擎擎, 鐘匯才 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所