專利名稱:具有背側(cè)散熱的絕緣體上半導(dǎo)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
所描述的本發(fā)明總體上涉及絕緣體上半導(dǎo)體器件及處理,更具體地涉及絕緣體上半導(dǎo)體器件中的散熱。
背景技術(shù):
絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)技術(shù)最早在20世紀(jì)90年代后期被商業(yè)化。SOI技術(shù)的特色特征在于其中形成了電路的半導(dǎo)體區(qū)域通過(guò)電絕緣層與主體基板隔開(kāi)。該絕緣層通常是二氧化硅。選擇二氧化硅的原因是,可以通過(guò)使晶圓氧化而在硅晶圓上形成二氧化硅,由此適合于進(jìn)行有效制造。SOI技術(shù)的有利方面直接源于絕緣層將有源層與主體基板進(jìn)行電子隔離的能力。當(dāng)在此處以及所附權(quán)利要求中使用時(shí),SOI結(jié)構(gòu)上的形成有信號(hào)處理電路的區(qū)域指的是SOI結(jié)構(gòu)的有源層。SOI技術(shù)由于引入對(duì)SOI結(jié)構(gòu)中的有源器件進(jìn)行隔離(這改進(jìn)了有源器件的電特性)的絕緣層而表現(xiàn)出對(duì)傳統(tǒng)主體基板技術(shù)的改進(jìn)。例如,希望晶體管的閾值電壓統(tǒng)一,并且大體上由晶體管柵極下的半導(dǎo)體材料的特性設(shè)定晶體管的閾值。如果該材料區(qū)域是隔離的,則進(jìn)一步的處理將影響該區(qū)域并改變器件閾值電壓的可能性很小。由于SOI結(jié)構(gòu)的使用而得到的其它電特性改進(jìn)包括更小的短溝道效益、針對(duì)更高速度的降低的電容、以及器件作為開(kāi)關(guān)時(shí)的更低的插入損耗。此外,絕緣層可用來(lái)對(duì)有源器件與有害輻射進(jìn)行屏蔽。這對(duì)于用于地球大氣之外的有害離子輻射盛行的空間中的集成電路是特別重要的。圖1示出了一個(gè)SOI晶圓100。晶圓包括基板層101、絕緣層102以及有源層103。 基板通常是諸如硅之類的半導(dǎo)體材料。絕緣層102是介電的,并且通常是通過(guò)對(duì)基板層101 進(jìn)行氧化而形成的二氧化硅。有源層103包括在已經(jīng)在其中形成了電路104之后出現(xiàn)的摻雜物、電介質(zhì)、多晶硅、金屬層、鈍化物以及其它層的組合。電路104可包括金屬布線,諸如電阻器、電容器和電感器之類的無(wú)源器件,以及諸如晶體管之類的有源器件。當(dāng)在此處以及所附權(quán)利要求中使用時(shí),SOI晶圓100的“頂部”指的是頂部表面105,而SOI晶圓100的 “底部”指的是底部表面106。定位方案不考慮SOI晶圓100相對(duì)于其它參考系的相對(duì)定位、 以及從SOI晶圓100去除層或向SOI晶圓100添加層。因此,有源層103總是處于絕緣層 102 “上方”。此外,從有源層103中央起始并向底部表面106延伸的矢量總是指向SOI結(jié)構(gòu)的“背側(cè)”方向,而不考慮SOI晶圓100相對(duì)于其它參考系的相對(duì)定位、以及從SOI晶圓 100去除層或向SOI晶圓100添加層。如上所述,SOI器件具有提高并保持其有源器件的點(diǎn)特性的能力。但是,絕緣層的引入造成了器件散熱能力方面的嚴(yán)重問(wèn)題。由于集成電路中的器件的不斷小型化,必須將更多數(shù)量的生熱器件壓縮在越來(lái)越小的區(qū)域中。在現(xiàn)代集成電路中,電路104的熱產(chǎn)生密度可能很偏激。絕緣層102的引入使得這一問(wèn)題變得嚴(yán)重,這是因?yàn)榻^緣層102的熱導(dǎo)率一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)主體基板的熱導(dǎo)率。如上所述,在現(xiàn)代SOI技術(shù)中,二氧化硅是普遍存在的絕緣層。在300度的開(kāi)氏溫度(K)下,二氧化硅具有大約1.4瓦特每米每開(kāi)(W/m*K)的熱導(dǎo)率。同樣溫度下的主體硅基板具有大約130W/m · K的熱導(dǎo)率。SOI技術(shù)出現(xiàn)的散熱性能的將近100倍的下降是很成問(wèn)題的。集成電路中的高程度的熱量會(huì)將其器件的電特性轉(zhuǎn)移至期望范圍之外,從而造成致命的設(shè)計(jì)失效。如果不經(jīng)檢測(cè),則器件中的過(guò)熱將導(dǎo)致器件電路中材料歪曲或材料熔化的形式的永遠(yuǎn)的致命失效。已經(jīng)利用各種解決方案來(lái)解決SOI器件中的散熱問(wèn)題。一種方案包括布置從絕緣層102向上通過(guò)有源層103的熱傳送柱。在一些情況下,這些熱傳送柱由金屬形成,這是因?yàn)榻饘倥c二氧化硅相比總體具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)更高的熱導(dǎo)率。在一些方案中,這些柱由多晶硅形成, 從而使得它們不會(huì)干擾電路的電特性,而同時(shí)它們提供了向上到達(dá)并離開(kāi)絕緣層102的熱路徑。在其它方案中,在絕緣層102中切孔,并且將熱傳送柱布置在這些孔中。該結(jié)構(gòu)的結(jié)果是提供了從有源層103通過(guò)絕緣層102中的孔向下到達(dá)基板101的散熱通道。隨后通過(guò)基板101散熱。SOI器件中的散熱問(wèn)題另一解決方案包括從背側(cè)操作晶圓。圖IB圖示了 SOI晶圓100是如何能夠接合至由操縱基板108和操縱絕緣層109組成的操縱晶圓107上的。雖然這是操縱的通用類型,但是絕緣層109不是必須是絕緣材料,一些現(xiàn)代工藝采用以半導(dǎo)體材料或?qū)щ姴牧蟻?lái)代替絕緣層109的操縱晶圓。在接合至操縱晶圓之后,所得到的結(jié)構(gòu)隨后上下翻面以形成圖IB所示的結(jié)構(gòu)。在該方案下,隨后選擇性地從SOI晶圓100背面去除基板101和絕緣層102。去除基板101以及選擇性去除絕緣層102之后,金屬層110沉積在經(jīng)刻蝕的區(qū)域,以實(shí)現(xiàn)通過(guò)絕緣層102的更高程度的熱導(dǎo)率。該金屬通常在集成電路工作時(shí)次要地用作有源層103中的器件的接地線或信息信號(hào)線。雖然得到的結(jié)構(gòu)顯示了優(yōu)于沒(méi)有背部散熱的SOI結(jié)構(gòu)的散熱能力,但是直接在有源基板下去除絕緣層的事實(shí)削弱了 SOI結(jié)構(gòu)在保持及提高有源器件的電性能方面的優(yōu)勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了一種絕緣體上半導(dǎo)體。該集成電路包括散熱層;位于所述散熱層上方的有源層;以及位于所述有源層上方的操縱晶圓。所述散熱層具有高熱導(dǎo)率并且電絕緣。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了一種從絕緣體上半導(dǎo)體器件散熱的方法。在第一步驟中,橫向跨越絕緣層的頂部表面將熱量傳導(dǎo)通過(guò)有源層。在第二步驟中,將來(lái)自所述絕緣層的熱量散發(fā)通過(guò)散熱層。所述散熱層位于所述散熱層上方。此外,所述絕緣層位于所述有源層上方,所述絕緣層至少部分地與所述散熱層共同垂直延伸,并且所述絕緣層包括挖掉的絕緣區(qū)域。而且,所述散熱層具有高熱導(dǎo)率并電絕緣,并且所述散熱層位于所述挖掉的絕緣區(qū)域中。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了一種制造集成電路的方法。在一個(gè)步驟中,在絕緣體上半導(dǎo)體晶圓的有源層中形成有源電路。在第另一個(gè)步驟中,從布置在所述絕緣體上半導(dǎo)體晶圓背側(cè)的基板層去除基板材料。在另一個(gè)步驟中,從所述絕緣體上半導(dǎo)體絕緣的所述背側(cè)去除絕緣材料以形成挖掉的絕緣區(qū)域。在另一個(gè)步驟中,在所述挖掉的絕緣區(qū)頁(yè)
域中沉積散熱層。所述散熱層是電絕緣的。
圖IA和圖IB圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于SOI結(jié)構(gòu)的散熱的處理和設(shè)備的框圖。圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有散熱層的SOI結(jié)構(gòu)的框圖。圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有散熱層和圖案化的絕緣層的SOI結(jié)構(gòu)的框圖。圖4圖示了具有散熱層、圖案化的絕緣層以及背側(cè)金屬接觸的SOI結(jié)構(gòu)的框圖。圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有附接的背側(cè)散熱操縱晶圓的SOI結(jié)構(gòu)的框圖。圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有附接的背側(cè)散熱操縱晶圓和圖案化的絕緣層的SOI 結(jié)構(gòu)的框圖。圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的制造具有散熱層的集成電路的方法的流程圖。圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的利用臨時(shí)操縱晶圓制造具有散熱層的集成電路的方法的流程圖。圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有圖案化的應(yīng)變層的SOI結(jié)構(gòu)的框圖。圖10圖示了根據(jù)本發(fā)明的可使用的各種應(yīng)變層圖案的框圖。圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明的具有圖案化的應(yīng)變層以及應(yīng)變引入層的SOI結(jié)構(gòu)的框圖。圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明的制造具有應(yīng)變引入層的集成電路的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)參考所公開(kāi)的發(fā)明的實(shí)施例,附圖中圖示了這些實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)示例。以解釋本發(fā)明技術(shù)的方式提供各個(gè)示例,各個(gè)示例不用于限制本發(fā)明技術(shù)。實(shí)際上,對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言明顯的是,可在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下對(duì)本發(fā)明技術(shù)做出修改和變化。例如,作為一個(gè)實(shí)施例的一部分而圖示及描述的特征可與另一實(shí)施例一起使用,從而得到又一個(gè)其它實(shí)施例。因此,本發(fā)明主題覆蓋所附權(quán)利要求及其等價(jià)形式的范圍內(nèi)的這些修改和變化。本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了具有改進(jìn)的散熱性能同時(shí)保持SOI結(jié)構(gòu)所伴隨有的有益器件電特性的SOI器件的制造。此外,可根據(jù)本發(fā)明通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)最常用的制造工藝進(jìn)行非常小的修改來(lái)制造具有前述優(yōu)點(diǎn)的器件。這給出了與現(xiàn)有制造工藝兼容的巨大優(yōu)勢(shì),從而避免了需要進(jìn)行新型半導(dǎo)體方案所面臨的幾乎不可避免的固定生產(chǎn)成本投資。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)利用背側(cè)處理、去除SOI掩埋絕緣層的部分、以及在SOI結(jié)構(gòu)的背側(cè)上沉積各種結(jié)構(gòu)的散熱層來(lái)實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果??蓞⒖紙D2來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的SOI結(jié)構(gòu)。如圖2所示,有源層103布置在操縱晶圓107上。根據(jù)之前討論的慣例,操縱晶圓107在有源層103上方。此外,有源層103在散熱層200上方。散熱層200是導(dǎo)熱的并且是電絕緣的??捎脕?lái)形成散熱層200的材料包括金剛石、類金剛石碳素、碳化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鈹、氮化鈹、石墨烯(Graphene)、 或類似碳納米管的某種碳構(gòu)成物。為散熱層200選擇即電絕緣又導(dǎo)熱的材料保留了 SOI技術(shù)提供的有益電性能并極大地緩解了采用二氧化硅絕緣層的傳統(tǒng)SOI器件所面臨的散熱問(wèn)題。例如,300K下的純?nèi)嗽旖饎偸臒釋?dǎo)率大約為3300W/m ·Κ,而氧化鈹?shù)臒釋?dǎo)率大約為^OW/m ·Κ??膳c傳統(tǒng)SOI 結(jié)構(gòu)中的不導(dǎo)熱的二氧化硅層(如上所述,其熱導(dǎo)率為1.4W/m*K)進(jìn)行比較。當(dāng)在此處以及所附權(quán)利要求中使用時(shí),如果材料層的熱導(dǎo)率大于50W/m · K,則該材料層具有高熱導(dǎo)率。 金剛石和氧化鈹都提供了相對(duì)于傳統(tǒng)SOI結(jié)構(gòu)在散熱方面超過(guò)100倍的改進(jìn)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,至少部分地去除絕緣層102,并且在沉積導(dǎo)熱材料以形成導(dǎo)熱層200之前沉積另一非常薄的絕緣層。極其薄的絕緣層提高了結(jié)構(gòu)將熱量從有源層103散發(fā)至導(dǎo)熱材料層的能力。例如,所沉積的絕緣層可包括與原本的絕緣層材料相同的薄層。通過(guò)保持有源層103中的有源器件的電特性而不受傳統(tǒng)SOI結(jié)構(gòu)的不良散熱特性的限制,實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)熱但不導(dǎo)電的材料的優(yōu)點(diǎn)。利用背側(cè)處理制造圖2所示的結(jié)構(gòu)。由于SOI結(jié)構(gòu)是從背側(cè)操作的一不同于典型的SOI處理方法一無(wú)需針對(duì)其為有源層103提供穩(wěn)定性或作為有源層103中的電路制造的適當(dāng)基板的能力來(lái)選擇用作散熱層200的材料。這是因?yàn)?,在制造電路的同時(shí)將原本的絕緣層一絕緣層102—作為基本層,并且操縱晶圓107在背側(cè)處理期間提供了支撐。絕緣層 102的去除通常是不期望的,這是因?yàn)榻^緣層102和基板101為有源層103提供了機(jī)械支撐。沒(méi)有處于適當(dāng)位置的這些層的情況下對(duì)有源層103的進(jìn)一步處理對(duì)于電路104來(lái)說(shuō)是破壞性的。但是,該階段添加操縱晶圓107實(shí)現(xiàn)了集成電路的附加處理。下文將詳細(xì)描述用于背側(cè)處理的方法。背側(cè)處理的另一優(yōu)勢(shì)是允許在半導(dǎo)體處理的后續(xù)階段加入散熱層200,繼而允許使用原本不會(huì)采用的散熱層200的材料。與傳統(tǒng)方案不同,背側(cè)處理允許在完成有源層103 的半導(dǎo)體處理之后添加散熱層200。半導(dǎo)體制造工藝的某些階段要求超過(guò)1000°C的溫度。 某些材料不能承受這些溫度,因此一般被認(rèn)為不適合用作位于散熱層200處的熱擴(kuò)散層。 但是,背側(cè)處理的使用允許為散熱層200使用更脆弱的材料??蓞⒖紙D3來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的集成電路。在圖3中,如SOI結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的那樣, 在絕緣層102上布置有源層103。但是,已經(jīng)在某些部分中挖掉了絕緣層102以形成由挖掉的絕緣區(qū)域300定義的圖案。挖掉的絕緣區(qū)域不是必須是連續(xù)的,實(shí)際上,可以以各種方式圖案化絕緣層102以暴露有源層103的不同部分。在圖3中,已經(jīng)將散熱層200放置在集成電路的整個(gè)背部表面上,包括挖掉的絕緣區(qū)域300中。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,僅僅在挖掉的絕緣區(qū)域300中布置散熱層200。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,圖案化散熱層200, 并且僅僅在挖掉的絕緣區(qū)域300的一部分中布置散熱層200。在圖3中,通過(guò)完全去除挖掉的區(qū)域中的絕緣材料來(lái)顯示挖掉的絕緣區(qū)域300。但是,在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300可由殘留的薄絕緣層組成。絕緣層的初始厚度通常處于100納米(nm)到 IOOOnm的范圍內(nèi)。薄絕緣層可處于5nm到IOOnm的范圍內(nèi)。但是,任何程度的減薄都將得到薄絕緣層。數(shù)量級(jí)為Inm的殘留絕緣材料單層就能滿足要求,盡管利用傳統(tǒng)方法很難實(shí)現(xiàn)。任意減薄程度都構(gòu)成在散熱能力方面對(duì)原本的結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。圖3所示的結(jié)構(gòu)可保持有源層103中的隔離器件所提供的改進(jìn)的電性能,同時(shí)由于熱量可橫向地流過(guò)有源層103并通過(guò)較薄或去除了絕緣體處的散熱層200散發(fā)出去而提供改進(jìn)的散熱。去除絕緣層102的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)可通過(guò)挖掉的絕緣區(qū)域300的具體圖案的形成來(lái)平衡。例如,挖掉的絕緣區(qū)域300可與有源層103中的金屬布線的最底層共同延伸。如圖3 所示,挖掉的絕緣區(qū)域300與最低金屬層301橫向地共同延伸。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300暴露了最低金屬層的特定部分。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300暴露整個(gè)最低金屬層301。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,最低金屬層301是用于有源層103中形成的電路的布線的最底層。該結(jié)構(gòu)從平衡角度來(lái)說(shuō)是非常有利的,即,金屬線如果未布置在絕緣體上則總體上不會(huì)出現(xiàn)改變的電特性。此外,金屬高度導(dǎo)熱,并且金屬布線通常鏈接至有源器件,從而使得這些金屬線成為散熱的高效通道。雖然有源層103中產(chǎn)生的極大量的熱量是由有源器件產(chǎn)生的,但是熱量將從這些有源器件散發(fā)至金屬線中,并隨后經(jīng)由散熱層200通過(guò)SOI結(jié)構(gòu)的背面散發(fā)出去。該方案總體上優(yōu)于通過(guò)金屬線將熱量向上引導(dǎo)并從SOI結(jié)構(gòu)頂部引導(dǎo)出去,這是因?yàn)楝F(xiàn)代的電路具有大量金屬線,從而背側(cè)路徑變成更加直接的出口通道??蓞⒖紙D4來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的另一絕緣體上半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。圖4所示的集成電路可用來(lái)描述挖掉的絕緣區(qū)域300的另一組圖案,該圖案為SOI結(jié)構(gòu)提供了有利的散熱能力。 在圖4中,具有晶體管柵極401的晶體管的溝道區(qū)域400處于絕緣層102的橫向范圍內(nèi)。但是,由于挖掉的絕緣區(qū)域300與晶體管漏極402以及晶體管源極403共同橫向延伸,所以挖掉的絕緣區(qū)域300暴露了晶體管漏極402以及晶體管源極403。在挖掉的絕緣區(qū)域300的暴露了晶體管漏極402以及晶體管源極403的多個(gè)部分中沉積了散熱層200。挖掉的絕緣區(qū)域300的另一部分中暴露了金屬接觸404。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,金屬接觸404在電方面不是有效,而是用于提供散熱通道。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,金屬接觸404可用作有源層103中的電路的電接觸。例如,金屬接觸404可以是信號(hào)線路,用于將信息信號(hào)帶出有源層103中電路,以便另一系統(tǒng)使用。在另一示例中,金屬接觸404可以是有源層103中的電路的接地線或電源線。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,凸塊金屬處理將凸塊金屬沉積在圖4 所示的SOI結(jié)構(gòu)上,從而金屬接觸404成為用于SOI結(jié)構(gòu)的凸塊金屬連接器。在金屬接觸 404在電方面不是有效的上述實(shí)施例中,金屬接觸404并非必須是金屬,而是可以是具有良好導(dǎo)熱性的任何材料。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,這些金屬接觸是金屬柱接觸。金屬柱接觸可以由金或銅構(gòu)成。這些材料相對(duì)于焊錫凸塊表現(xiàn)更好,這是因?yàn)榕c焊錫相比它們是更好的熱傳導(dǎo)器。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,金屬接觸404實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路板的附接。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,金屬接觸實(shí)現(xiàn)了對(duì)低溫共燒陶瓷基板、模塊板、集成電路、凸塊金屬、金凸塊金屬、銅柱、金柱、以及任意金屬連接的附接。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300可與有源層103中的有源器件的部分共同橫向延伸。如圖4所示,這些實(shí)施例包括晶體管漏極402以及晶體管源極403的暴露,同時(shí)保持晶體管溝道400被絕緣層102覆蓋。這種實(shí)施例展現(xiàn)出了具有隔離的溝道區(qū)域同時(shí)允許高度靠近的散熱通道的有利方面。由于溝道400仍被絕緣層102覆蓋,所以晶體管的電特性得到保持。晶體管將展現(xiàn)小的泄漏電流和基本電容、以及更受控的閾值電壓。并且,由于晶體管的源極和漏極直接鄰接著晶體管溝道,所以存在到達(dá)散熱層200的直接通道。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300僅僅暴露SOI結(jié)構(gòu)中的有源器件的一個(gè)子集。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300將暴露SOI結(jié)構(gòu)中的分開(kāi)的有源器件的區(qū)域的其它子集。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,金屬接觸404布置在挖掉的絕緣區(qū)域300的第一部分中。此外,散熱層200布置在挖掉的絕緣區(qū)域300的第二部分中,并且布置在金屬接觸404 的一側(cè)。圖4可以看出這種結(jié)構(gòu)。熱量將能過(guò)金屬接觸404直接從有源層103散發(fā)出去。此外,熱量將能夠橫向流過(guò)散熱層200并通過(guò)金屬接觸404流出。雖然圖4顯示了該實(shí)施例與其中挖掉的絕緣區(qū)域300被圖案化成對(duì)應(yīng)于有源層103的區(qū)域的實(shí)施例的結(jié)合,但是這些實(shí)施例可單獨(dú)地發(fā)揮功能。上述參考使用挖掉的絕緣區(qū)域300來(lái)進(jìn)行圖案化散熱層200與有源層103部分的對(duì)齊而討論的任意實(shí)施例可單獨(dú)使用或組合使用。此外,絕緣材料的圖案去除以形成挖掉的絕緣區(qū)域300可與散熱層200的圖案化沉積組合。例如,散熱層200可布置在SOI結(jié)構(gòu)的整個(gè)背側(cè)上,僅僅沉積在挖掉的絕緣區(qū)域300中,或沉積在挖掉的絕緣區(qū)域300的一部分中。下面將討論形成散熱層200的圖案的方法。其中挖掉的絕緣區(qū)域300單獨(dú)地或與散熱層200 —起被圖案化的本發(fā)明的實(shí)施例展現(xiàn)了有利特征。雖然散熱層200是電絕緣的,但是存在由于將原本的絕緣材料放在某些區(qū)域后面而得到的某些優(yōu)勢(shì)。例如,散熱層200可包括相比原本的氧化物不那么電絕緣的材料??蛇x擇材料來(lái)使成本最小以及熱導(dǎo)率最大(以其電絕緣能力為代價(jià))。在有源層103 的導(dǎo)電性很重要的部分中,可留下絕緣體而將挖掉的絕緣區(qū)域300放在別處。這樣,圖案化實(shí)現(xiàn)了為散熱層200選擇最佳材料方面的另一自由度。圖案化挖掉的絕緣區(qū)域300提供的另一優(yōu)點(diǎn)在于限制了有源層103中界面狀態(tài)的產(chǎn)生。即使散熱層200是良好的電絕緣體,原本的絕緣體總體上更好地與有源層103進(jìn)行物理接觸,這是因?yàn)樵镜慕^緣體的去除導(dǎo)致了將在涂覆散熱層200時(shí)重新連接的自由鍵的產(chǎn)生。這導(dǎo)致了可對(duì)有源層103中的電路造成問(wèn)題的界面狀態(tài)的產(chǎn)生。圖案化挖掉的絕緣區(qū)域300可通過(guò)允許原本的絕緣體保持與有源層103中的關(guān)鍵區(qū)域的接觸有利地限制有源層103中的這些關(guān)鍵區(qū)域中的這些界面狀態(tài)的產(chǎn)生。可參考圖5來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的另一 SOI結(jié)構(gòu)。根據(jù)之前討論的慣例,圖5圖示了操作晶圓107下的有源層103。如參考本發(fā)明其它實(shí)施例討論的那樣,已經(jīng)通過(guò)背側(cè)處理從有源層103底部去除了絕緣層102和基板101。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,操作晶圓107 通過(guò)臨時(shí)接合而接合至有源層103。這意味著可在半導(dǎo)體處理的后續(xù)階段很容易地解除該接合。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,永久的第二操縱晶圓一示出為永久操縱散熱層500和永久操縱基板層501—在背側(cè)處理期間直接接合至有源層103。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,永久操縱基板層501由與永久操縱散熱層500相同的材料構(gòu)成。該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)與之前提到的實(shí)施例的散熱能力相當(dāng)?shù)纳崮芰λ?,但是還有利地允許利用傳統(tǒng)技術(shù)來(lái)頂側(cè)接合至有源層103中的電路。由于操縱晶圓107是通過(guò)臨時(shí)接合而接合的,所以可以在不再需要其在背側(cè)處理期間所提供的支撐之后去除該操縱晶圓。此后,有源層103的頂側(cè)曝光以實(shí)現(xiàn)頂側(cè)接合以及各種其它應(yīng)用??蓞⒖紙D6來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的另一 SOI結(jié)構(gòu)。圖6圖示了本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例,其組合了圖案化的絕緣層以及參考圖5描述的背側(cè)永久操縱。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,在提供了散熱層200之后,將永久操縱基板層501和永久操縱散熱層500布置在SOI 結(jié)構(gòu)的背側(cè)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,用作永久操縱散熱層500的材料可與用作散熱層 200的材料相同??赏ㄟ^(guò)濺射和其它方法涂覆散熱層200和500。如之前所述的那樣,散熱層200布置在通過(guò)絕緣層102的圖案化形成的挖掉的氧化區(qū)域中。與之前描述的本發(fā)明具體實(shí)施例一樣,圖6所示的具體實(shí)施例顯示了絕緣層102被圖案化成暴露最低金屬層301。 實(shí)際上,上述所有圖案化以及散熱層變化可與參考圖5描述的永久操縱組合,從而產(chǎn)生本發(fā)明的有利的散熱特性和電特性的另一實(shí)施例。這些實(shí)施例具有能夠前側(cè)接合至有源層 103中的電路的附加有益特征??蓞⒖紙D7來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的制造集成電路的方法。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,制造集成電路的方法在步驟700中以用于處理的SOI晶圓的制備開(kāi)始。該步驟可包括對(duì)由二氧化硅絕緣體上的有源硅層組成的SOI晶片的實(shí)際制造,例如利用SIMOX或注入和切割方法制造。該步驟還可包括購(gòu)買預(yù)先制造的SOI晶圓及其用于進(jìn)一步處理的準(zhǔn)備。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟700中SOI晶圓的制備之后是在步驟701中形成SOI晶圓的有源層中的有源電路。在該步驟及該層中形成的電路可包括但不限于諸如 CMOS、Bi CMOS, SiGe, GaAs, InGaAs以及GaN之類的技術(shù)。電路可包括諸如二極管和晶體管之類的各種有源器件,諸如電阻器、電容器和電感器之類的無(wú)源器件,以及諸如金屬線路和通孔之類的路徑電路。可執(zhí)行各種平版印刷的和化學(xué)的沉積步驟以形成該電路。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟701中形成有源電路之后是SOI晶圓的背側(cè)處理。 在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,背側(cè)處理開(kāi)始于在步驟702中將第二操縱晶圓附接或永遠(yuǎn)接合至有源層上的SOI晶圓。用于引入對(duì)操縱晶圓的永久接合的處理包括永久的有機(jī)或無(wú)機(jī)粘合劑、氧化物燒結(jié)接合、流電接合(galvanic bonding)、融合分子接合、任何形式的電磁接合、以及其它產(chǎn)生永久晶圓接合的其它已知方法。在操縱晶圓永久接合至SOI結(jié)構(gòu)之后,可在步驟703中去除SOI晶圓基板。獨(dú)立地或者組合地利用機(jī)械和化學(xué)手段去除基板。例如,機(jī)械研磨可用來(lái)將基板材料從大約800 微米(Pm)的原始厚度減薄成大約20 μ m。如果基板是硅,則可利用諸如KOH或TMAH之類的濕法刻蝕來(lái)去除基板材料的最后厚度。還可利用干法等離子體刻蝕來(lái)去除基板材料的最后厚度??梢砸愿呔然蚋呖涛g速率比去除基板。刻蝕速率比指的是從晶圓背面去除的期望基板材料的速度與本來(lái)不應(yīng)該去除卻被去除的其它材料的速度之比。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,絕緣層是起到刻蝕停止作用的掩埋的氧化物,這是因?yàn)閷?duì)于到掩埋的氧化物為止的所有基板的去除,刻蝕速率比可能極其高。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,在步驟703中去除SOI晶圓基板之后是可形成之前公開(kāi)的任意結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步的背側(cè)處理。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,去除SOI晶圓基板之后是在步驟704中去除SOI絕緣層以形成挖掉的絕緣區(qū)域。如上所述,絕緣層可總體去除、僅僅整體減薄從而比原始厚度薄、或者以挖掉的絕緣層形成上述多個(gè)圖案中的任意圖案的方式去除。可利用標(biāo)準(zhǔn)的平版印刷技術(shù)或選擇性化學(xué)氣相沉積來(lái)形成這些圖案。必須小心地減薄絕緣層以避免損壞有源層。雖然僅僅需要單層絕緣材料——Inm的數(shù)量級(jí),但是減薄可能受限于原始絕緣體的均勻性。例如,如果原始層起始地具有大于5nm的偏差,則用于絕緣體去除的傳統(tǒng)方法可能不能留下小于5nm的最終層。此外,這些圖案可配置成獲取屏蔽有源層中的電路的程度以及所得到SOI結(jié)構(gòu)有效散熱的程度的有利折中。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,在步驟704中從SOI晶圓背側(cè)去除SOI絕緣材料之后是在步驟705中在挖掉的絕緣區(qū)域中將散熱層沉積在SOI晶圓背側(cè)。該散熱層的沉積可執(zhí)行來(lái)產(chǎn)生之前描述的任意結(jié)構(gòu)。否則,該步驟可直接跟在基板材料的去除之后。此外,該步驟可在金屬接觸的沉積過(guò)程中執(zhí)行(其中例如在兩個(gè)或者更多步驟中布置金屬接觸),或者在金屬接觸的沉積之后執(zhí)行(如果之后在散熱層中開(kāi)鑿開(kāi)口以暴露用于電接觸的金屬接觸)??赏ㄟ^(guò)化學(xué)氣相沉積、濺射、或其它方法實(shí)現(xiàn)步驟705中散熱層的添加。此外,可通過(guò)利用標(biāo)準(zhǔn)的平版印刷技術(shù)或選擇性化學(xué)氣相沉積來(lái)實(shí)現(xiàn)根據(jù)之前公開(kāi)的結(jié)構(gòu)的散熱層的圖案化沉積。如上所述,在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,該步驟中沉積的散熱層是電絕緣的并導(dǎo)熱。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟705中將散熱層沉積在SOI晶圓背側(cè)之后是鈍化 SOI晶圓的背面的界面狀態(tài)。在其中步驟704中去除了整個(gè)絕緣層的實(shí)施例中,這可能是非常有利的,這是因?yàn)椴襟E705中沉積的散熱層很可能具有高界面狀態(tài)密度。沉積的薄膜可能具有高界面狀態(tài)密度,除非它們?cè)诟哂?00°C的高溫下退火。由于該溫度高于有源電路已經(jīng)顯影之后標(biāo)準(zhǔn)晶圓可操縱的溫度,該節(jié)處的高溫退火不是種選擇。但是,可利用低溫退火來(lái)鈍化界面狀態(tài)。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,該低溫退火在400-450°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行并且在純氫氣或混合氣體的含氫氣氛中完成?;旌蠚怏w是不爆炸的隊(duì)和H2的混合物。鈍化步驟可產(chǎn)生比原本可實(shí)現(xiàn)的散熱層薄的散熱層。例如,利用傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積設(shè)備或?yàn)R射設(shè)備,該層可以是5nm至20nm厚,并且具有大約+/_5%的均勻度。因此,該步驟允許非常薄的絕緣層的沉積,因此是非常有效的對(duì)有源層的熱導(dǎo)。在這些實(shí)施例中,散熱層可包括有效布置的絕緣材料層,其提高了 SOI結(jié)構(gòu)的散熱性能。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,高度導(dǎo)熱的材料的層沉積在該絕緣材料薄層的背面,并且散熱層包括該絕緣材料薄層以及導(dǎo)熱材料層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,在步驟704中去除整個(gè)SOI絕緣層之后是沉積與步驟 704中去除的材料相同的絕緣材料的薄層,隨后進(jìn)行如前一段所述的低溫退火鈍化步驟。例如,去除的絕緣材料可能是二氧化硅,并且低溫退火的材料也可能是二氧化硅。二氧化硅是優(yōu)選使用的材料,這是因?yàn)槠渚哂械徒缑鏍顟B(tài)特征。二氧化硅可去除并隨后沉積的原因是, 沉積及低溫退火的工藝可產(chǎn)生比通過(guò)利用上述公開(kāi)的方法部分地回蝕原始層而實(shí)現(xiàn)的層更均勻且更薄的絕緣材料層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟705中將散熱層沉積在SOI晶圓背側(cè)之后是去除選中區(qū)域中的散熱層以允許在后續(xù)處理期間對(duì)有源層中的有源電路進(jìn)行電接觸。在一個(gè)實(shí)施例中,散熱層的部分的挖掉可定位在表現(xiàn)為暴露用于金屬接觸的金屬的最低金屬層部分。可選地,可選擇性地去除有源硅區(qū)域下的散熱層,以允許對(duì)有源結(jié)構(gòu)的直接接觸。除了散熱層之外,可能要求其它介電層來(lái)暴露用于電接觸的各種連接器。可利用公知的平版印刷技術(shù)和利用化學(xué)劑的干法或濕法刻蝕方式選擇性地完成散熱層的去除。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,從SOI晶圓背側(cè)去除散熱層區(qū)域之后是在步驟706中沉積金屬接觸。這些金屬接觸沉積在步驟704或步驟705中形成的挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分中。這些金屬接觸能夠快速地從有源電路散熱。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,金屬接觸可提供用于從有源電路散熱的熱通道、以及用于通向外部裝置的信號(hào)或電源連接的接觸。金屬接觸可包括球焊、焊錫凸塊、銅柱、或其它裸片接觸材料。金屬接觸還可配置成附接至電路板、或低溫共燒陶瓷基板。由此,該步驟產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)底側(cè)具有與SOI結(jié)構(gòu)的有源層的接觸,這與標(biāo)準(zhǔn)SOI是反向的。可參考圖8來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的制造集成電路的方法。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,制造集成電路的方法在步驟800中以用于處理的SOI晶圓的制備開(kāi)始,并在步驟801中繼續(xù)在SOI結(jié)構(gòu)的有源層中形成電路。步驟800和步驟801可分別參考之前描述的步驟700 和步驟701來(lái)執(zhí)行。步驟802可包括將操縱晶圓接合至SOI結(jié)構(gòu)的有源層的頂側(cè)。操縱晶圓可暫時(shí)接合至有源層。用來(lái)引入暫時(shí)接合至操縱晶圓的工藝包括諸如Brewer Science 公司的HT 10. 10、3M公司的WSS(晶圓支撐系統(tǒng))、HD Micro聚酰亞胺以及TMAT之類的粘合劑。在這點(diǎn)上,因此,有源電路可夾在兩個(gè)絕緣層之間。可選地,操縱晶圓可包括導(dǎo)電的或半導(dǎo)的材料。在步驟802中暫時(shí)接合操縱晶圓之后,可如之前在步驟703、步驟704和步驟705中描述的那樣分別執(zhí)行步驟803、步驟804和步驟805。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟805中沉積散熱層之后是在,步驟806中將永久的第二操縱晶圓在有源層下方附接或永久接合至SOI結(jié)構(gòu)。該背側(cè)處理的效果是改變可對(duì) SOI結(jié)構(gòu)的有源電路制造接觸的方向。一旦該第二操縱晶圓永久地接合至SOI結(jié)構(gòu)背側(cè),則由于原始的操縱晶圓是利用暫時(shí)的容易反轉(zhuǎn)的工藝接合的,所以可在步驟807中很容易地去除原始的操縱晶圓。用于引入對(duì)頂側(cè)操縱晶圓的永久接合的處理包括永久的有機(jī)或無(wú)機(jī)粘合劑、氧化物燒結(jié)接合、流電接合、融合分子接合、任何形式的電磁接合、以及其它產(chǎn)生永久晶圓接合的其它已知方法。諸如融合分子接合之類的接合方法可能要求將被接合的兩個(gè)表面的高度平坦性。如果選擇性去除絕緣材料,則可能使晶圓表面產(chǎn)生不平坦,這就使得接合變得更加困難。在這種情況下,化學(xué)機(jī)械拋光可用來(lái)在接合步驟之前使得晶圓表面變得平坦,從而改進(jìn)接合效力。步驟806產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)使SOI結(jié)構(gòu)的有源層在其頂側(cè)暴露,并且進(jìn)一步的處理實(shí)現(xiàn)了從頂側(cè)直接連接有源電路。在步驟806接合的永久的第二操縱晶圓可完全由電絕緣但導(dǎo)熱的材料構(gòu)成。此外,第二操縱晶圓可由沉積在基板材料上的材料構(gòu)成。第二結(jié)構(gòu)可節(jié)省成本,這是因?yàn)榛宀牧蠈⑻峁┳罱KSOI結(jié)構(gòu)的必要穩(wěn)定性,而無(wú)需使用非常昂貴的導(dǎo)熱材料那么多。的永久的第二操縱晶圓上的導(dǎo)熱材料可由在步驟805中沉積以形成散熱層的材料相同的材料構(gòu)成??蛇x地,步驟806中接合的永久的操縱晶圓可由導(dǎo)電材料或半導(dǎo)材料構(gòu)成,例如硅或者高阻硅。背側(cè)應(yīng)變引入層本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了 SOI結(jié)構(gòu)中的有源器件的產(chǎn)生,該SOI結(jié)構(gòu)具有與其溝道接近的應(yīng)變引入材料。本發(fā)明實(shí)施例允許在器件制造工藝的比涂覆應(yīng)變引入層的通常階段早的階段引入應(yīng)變引入材料。這實(shí)現(xiàn)了應(yīng)變引入層的效率的提高,同時(shí)降低了間歇性制造階段期間對(duì)SOI結(jié)構(gòu)的損害。此外,可根據(jù)本發(fā)明通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)最常用的制造工藝進(jìn)行非常小的修改來(lái)制造具有前述優(yōu)點(diǎn)的器件。這給出了與現(xiàn)有制造工藝兼容的巨大優(yōu)勢(shì),從而避免了需要進(jìn)行新型半導(dǎo)體方案所面臨的幾乎不可避免的固定生產(chǎn)成本投資。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)利用背側(cè)處理、有可能去除SOI掩埋絕緣層的部分、以及在SOI結(jié)構(gòu)的背側(cè)上沉積各種結(jié)構(gòu)的應(yīng)變弓I入層來(lái)實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果。包括有源器件的溝道的材料中的機(jī)械的拉伸或壓縮應(yīng)變的引入增大了該有源器件中電荷載流子的移動(dòng)性??傮w上,引入拉伸應(yīng)變?cè)龃罅穗娮拥囊苿?dòng)性,引入壓縮應(yīng)變?cè)龃罅丝昭ǖ囊苿?dòng)性。因此,諸如η型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOQ之類的η型有源器件在其溝道中引入了拉伸應(yīng)變時(shí)將能夠在更高的頻率下工作,這是因?yàn)镹MOS中的電荷載流子是電子。 類似地,諸如P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PM0Q之類的ρ型有源器件在其溝道中引入了壓縮應(yīng)變時(shí)將能夠在更高的頻率下工作,這是因?yàn)镹MOS中的電荷載流子是空穴。可參考圖9來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的SOI結(jié)構(gòu)。圖9圖示了一種SOI結(jié)構(gòu),其中有源層103、絕緣層102以及基板的原始的SOI結(jié)構(gòu)已經(jīng)被附接至操縱晶圓107,并且已經(jīng)經(jīng)歷了背側(cè)處理以去除其基板。已經(jīng)在有源層103中產(chǎn)生了電路,包括諸如NMOS 900之類的η 型有源器件以及諸如PM0S901之類的ρ型有源器件。此外,應(yīng)變引入層902出現(xiàn)在絕緣層 102的背面。圖9所示的結(jié)構(gòu)相對(duì)于通常在半導(dǎo)體器件中引入應(yīng)變的方案具有某些優(yōu)勢(shì)。器件中的應(yīng)力可造成伴隨其所產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)的諸如晶圓翹曲之類的問(wèn)題,因此希望盡可能具體地限制及標(biāo)的出半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中所引入的應(yīng)力的總量。由于應(yīng)變引入層的效力隨著將要應(yīng)變的區(qū)域與應(yīng)變區(qū)域之間的距離的減小而增大,所以在實(shí)現(xiàn)與通過(guò)將應(yīng)變引入層盡可能靠近有源器件的溝道放置所實(shí)現(xiàn)的溝道應(yīng)變相同的有益溝道應(yīng)變的同時(shí),限制在半導(dǎo)體中引入的總應(yīng)變。從頂側(cè)處理制造工藝來(lái)說(shuō)這是有問(wèn)題的,因?yàn)橥ǔP枰瘸练e最底層。由此,應(yīng)變引入層一般沉積在FET器件的柵極上,因此與溝道相距甚遠(yuǎn)。并且,柵極的圖案化造成了應(yīng)變引入層中的不平坦性,從而使得應(yīng)變引入層的效果取決于諸如FET器件的長(zhǎng)度和寬度之類的幾何效果。此外,半導(dǎo)體器件在沉積應(yīng)變層(涉及600-1050°C范圍內(nèi)的相當(dāng)高的溫度) 之后經(jīng)歷進(jìn)一步的處理步驟。這種必要性對(duì)半導(dǎo)體器件具有兩種削弱效果。首先,應(yīng)變引入層所引入的應(yīng)變會(huì)在高溫退火期間削弱,這與應(yīng)變引入層的總體愿望是相反的。其次,應(yīng)變引入層可造成有源層的塑性變形以及晶圓翹曲,這將造成諸如滑移和位錯(cuò)產(chǎn)生之類的硅晶缺陷,這些情況顯著地降低了所得到的器件的電性能及成品率。相反,根據(jù)本發(fā)明利用背側(cè)處理引入應(yīng)變引入層允許在有源層已經(jīng)完全處理完之后以緊密接觸有源器件的溝道的方式沉積應(yīng)變引入層,從而避免了與早期階段引入的應(yīng)力有關(guān)的問(wèn)題。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,可利用平版印刷工藝或能實(shí)現(xiàn)應(yīng)變引入層的圖案化沉積的其它制造方法(例如參考圖11描述的那些方法)來(lái)提供應(yīng)變引入層。圖9圖示了其中已經(jīng)使應(yīng)變引入層902形成圖案從而包括拉伸應(yīng)變層903和壓縮應(yīng)變層904的具體實(shí)施例。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,可利用會(huì)在有源層103上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力或壓縮應(yīng)力的不同材料來(lái)形成應(yīng)變引入層902的這兩個(gè)部分??梢肜鞈?yīng)變的材料包括氮化硅、以及氮化鋁。可引入壓縮應(yīng)變的材料包括氮化硅、氮化鋁以及類金剛石碳素。根據(jù)材料沉積的條件, 相同的材料可引入壓縮或者拉伸應(yīng)變。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,可通過(guò)在不同條件下沉積相同材料來(lái)形成應(yīng)變引入層902的這兩個(gè)部分??蓱?yīng)用多種材料,其中通過(guò)調(diào)制沉積條件來(lái)控制材料的應(yīng)變引入特性。例如,利用化學(xué)氣相沉積在不同條件下沉積的氮化硅或氮化鋁可產(chǎn)生拉伸的或壓縮的應(yīng)變。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,可在具有諸如NMOS 900之類的η型有源器件的SOI結(jié)構(gòu)上沉積拉伸應(yīng)變層903,可在具有諸如PMOS 901之類的ρ型有源器件的SOI結(jié)構(gòu)上沉積拉壓縮變層904。從而,兩種器件的載流子移動(dòng)性都有效地提高。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,在背側(cè)處理期間將均勻的應(yīng)變引入層沉積在SOI結(jié)構(gòu)的底部。這些實(shí)施例在具體載流子類型的有源器件在有源層103的電路中占主導(dǎo)地位的情況下特別有用。例如,如果有源層103中的有源器件主要是NMOS晶體管,則可在SOI結(jié)構(gòu)的背側(cè)提供均勻的拉伸應(yīng)變層。從而,可改善NMOS晶體管,并且更多數(shù)量的NMOS晶體管的改進(jìn)所提供優(yōu)勢(shì)勝過(guò)對(duì)任意PMOS晶體管中的載流子的移動(dòng)性的潛在削弱變化。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變引入層可直接布置在有源層103的背側(cè)。這可以通過(guò)在沉積應(yīng)變引入層902之前去除絕緣層102的附加背側(cè)處理步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)。 這些實(shí)施例共有允許在半導(dǎo)體器件處理序列的后期階段沉積應(yīng)變引入層的有益特征。但是,在一些實(shí)施例中,應(yīng)變引入層更靠近有源層103。因此,需要更小的總體應(yīng)力,這提高了所得到的半導(dǎo)體器件的電特性以及產(chǎn)率,同時(shí)提高了其有源器件的溝道中的電荷載流子的移動(dòng)性。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,當(dāng)應(yīng)變引入層902直接沉積在有源層103上時(shí),應(yīng)變引入層902由電絕緣材料制成,從而保持SOI結(jié)構(gòu)的有益電特性。引入應(yīng)變并作為電絕緣體的材料包括氮化硅、氮化鋁、碳化硅以及類金剛石。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,提供不同圖案來(lái)在有源層103中引入應(yīng)變。這些圖案可在與電荷載流子的流動(dòng)平行或垂直的方向上產(chǎn)生二軸向應(yīng)變或單軸向應(yīng)變??赏ㄟ^(guò)應(yīng)用如上所述的多個(gè)至少部分地共同垂直延伸的應(yīng)變引入層來(lái)形成這些圖案。類似地,可通過(guò)應(yīng)用如上所述的沉積在挖掉的絕緣區(qū)域中的應(yīng)變引入層來(lái)形成這些圖案。可參考圖10來(lái)描述可引入拉伸或壓縮應(yīng)變的各種圖案。柵極1000被應(yīng)變引入層1001圍繞。如果應(yīng)變引入層1001是拉伸應(yīng)力引入層,則該圖案將在柵極1000下的溝道中產(chǎn)生二軸向拉伸應(yīng)變。如果應(yīng)變引入層1001是壓縮應(yīng)變引入層,則該圖案將在柵極1000下的溝道中產(chǎn)生二軸向壓縮應(yīng)變。柵極1010被應(yīng)變引入層1011圍繞。柵極1010具有大的寬長(zhǎng)比。這樣,應(yīng)變引入層1011的應(yīng)用將降低柵極1010下的溝道中的占主導(dǎo)的與電荷載流子流經(jīng)溝道的方向平行的拉伸或壓縮的(取決于應(yīng)變引入層1011對(duì)應(yīng)于壓縮還是拉伸)單軸向應(yīng)變。柵極1020 處于應(yīng)變引入層1021上方。該圖案將在柵極1020下的溝道中引入單軸向應(yīng)變,該單軸向應(yīng)變與電荷載流子流經(jīng)溝道的方向垂直,并且根據(jù)應(yīng)變引入層1021對(duì)應(yīng)于壓縮還是拉伸而相應(yīng)地是壓縮或拉伸的。最后,柵極1030被應(yīng)變引入層1031圍繞。該圖案的效果是,如果為應(yīng)變引入層1031和1011采用相同類型的材料,則產(chǎn)生與層1011所引入的應(yīng)變相反的應(yīng)變。例如,如果應(yīng)變引入層1031是拉伸引入型的,則在柵極1030下的溝道中引入壓縮應(yīng)變。類似地,如果應(yīng)變引入層1031是壓縮型的,則在柵極1030下的溝道中引入拉伸應(yīng)變。可參考圖11來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的SOI結(jié)構(gòu)。圖11圖示了包括有源層103的SOI 結(jié)構(gòu),其中已經(jīng)根據(jù)特定圖案去除了絕緣層102以形成挖掉的絕緣區(qū)域300,并且在有源層 103中產(chǎn)生期望的應(yīng)變力分布。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,可利用用于所有應(yīng)變引入層902 的相同的材料在有源層103中引入拉伸和壓縮應(yīng)變。如之前參考圖10描述的那樣,相同的材料可用于應(yīng)變引入層1011和1031以在柵極1010和1030下的溝道中引入相反類型的應(yīng)變。如圖11所示,挖掉的絕緣區(qū)域300可暴露諸如NMOS 900之類的η型有源器件的溝道, 并且圍繞諸如PMOS 901之類的ρ型有源器件的溝道圖案化。在這種情況下,應(yīng)變引入層902 可以是一個(gè)均勻的拉伸應(yīng)變弓I入層,其可與挖掉的絕緣區(qū)域300合作來(lái)提高NMOS 900中的帶女子以及PMOS 901中空穴的移動(dòng)性。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,圖案的極性以及所沉積的材料的應(yīng)變類型與之前描述的實(shí)施例相比可交換,并且可得到同樣的雙重改進(jìn)效果。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,挖掉的絕緣區(qū)域300可形成為僅僅暴露有源層103中的有源器件的一個(gè)子集。例如,以僅僅暴露諸如NMOS 900之類的η型有源器件的溝道的圖案來(lái)去除挖掉的絕緣區(qū)域300,隨后在SOI結(jié)構(gòu)的背面沉積拉伸應(yīng)變引入層。類似地,在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,與之前描述的實(shí)施例相比,圖案的極性以及所沉積的材料的應(yīng)變類型可互換。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,剩余絕緣區(qū)域下的應(yīng)變進(jìn)入層可通過(guò)刻蝕處理去除。 雖然在這些實(shí)施例中僅僅一種類型的器件會(huì)發(fā)生應(yīng)變,但是這仍能產(chǎn)生有利性能,尤其是在更著重地取決于某種類型的半導(dǎo)體材料的性能的設(shè)計(jì)中。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,與SOI結(jié)構(gòu)背側(cè)接觸的在有源層中引入應(yīng)變的材料還作為散熱層。這樣,本說(shuō)明書(shū)的第一部分中的任何散熱層可由額外地引入應(yīng)變的層所代替。此外,該實(shí)施例與其中應(yīng)變引入層被圖案化來(lái)與諸如有源器件的溝道之類的熱源接觸的這些實(shí)施例的結(jié)合可產(chǎn)生有利結(jié)果。在具體實(shí)施例中,應(yīng)變引入層將沉積在有源器件的溝道上,并且還以標(biāo)準(zhǔn)絕緣層對(duì)于SOI結(jié)構(gòu)的方式隔離器件??赏ㄟ^(guò)隔離、導(dǎo)熱以及應(yīng)變引入提供這些有利特征的材料包括氮化鋁、碳化硅、以及類金剛石碳素。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,絕緣層102可完全去除,并且由圖案化的熱傳播層代替,該熱傳播層可在散熱的同時(shí)提供參考圖10時(shí)描述的用于應(yīng)變引入層的圖案。可參考圖12來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的制造集成電路的方法。在步驟1200,利用背側(cè)處理從SOI結(jié)構(gòu)的背面去除基本。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,SOI結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)歷了大量處理從而幾乎完成了 SOI結(jié)構(gòu)的有源層中的電路。用于在步驟1200中去除基板的方法與參考圖7步驟703所描述的這些方法相同。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1200之后是在步驟 1203中在SOI結(jié)構(gòu)的背側(cè)沉積應(yīng)變引入層。所沉積的應(yīng)變引入層可通過(guò)濺射、化學(xué)氣相沉積或任意其它方法沉積在整個(gè)SOI結(jié)構(gòu)背部表面。應(yīng)變引入層可包括壓縮或拉伸的應(yīng)變。 并且,可利用平版印刷或一些其它方法來(lái)圖案化所沉積的層,從而在步驟1203沉積第一部分中的第一應(yīng)變層,隨后在步驟1205沉積另一應(yīng)變層。在這種情況下,可形成可能具有拉伸引入部分和壓縮引入部分的多部分的應(yīng)變引入層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,實(shí)際上可利用與步驟1203和1205相同的材料以及針對(duì)這兩個(gè)步驟的不同處理?xiàng)l件來(lái)形成該多部分的應(yīng)變引入層。如上所述,諸如氮化硅之類的材料根據(jù)涂覆它們時(shí)的條件而顯示出拉伸或壓縮的應(yīng)力。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1200中去除基板材料之后是在步驟1201中去除絕緣材料。該去除可包含參考圖7的步驟704描述的任意方法。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1201之后可以是在步驟1202中沉積散熱層。該沉積可包含參考圖7的步驟705 和706描述的任意方法。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1201之后可以由步驟1203中應(yīng)變引入層的沉積代替。在本發(fā)明的其中應(yīng)變引入層和散熱層是同一個(gè)的具體實(shí)施例中,這兩個(gè)步驟沒(méi)有區(qū)別。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1201中的絕緣層去除可從SOI結(jié)構(gòu)背面完全去除絕緣材料。如果該步驟之后是應(yīng)變層1203的沉積,則所得到的SOI結(jié)構(gòu)將包括直接沉積在有源層背面上的應(yīng)變層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1201的絕緣層去除可如上所述的那樣去除特定圖案中的絕緣材料。其后可以是在步驟1203中沉積應(yīng)變層,從而使得應(yīng)變層沉積在步驟 1201中形成的挖掉的絕緣區(qū)域中。例如,可僅僅去除電路的其上可能引入應(yīng)變的部分下 (例如僅僅η型器件下)的絕緣材料。在這種情況下,應(yīng)變引入層可以是拉伸的,并且僅僅 η型器件被有利地應(yīng)變,而ρ型器件處于正常狀態(tài)。作為另一示例,絕緣材料留在η型器件溝道下,并且在P型器件溝道下處于相應(yīng)的負(fù)圖案,從而單個(gè)應(yīng)變引入層可在有源層上按需產(chǎn)生拉伸以及壓縮應(yīng)變。步驟1201中的絕緣材料的圖案化去除之后還可以依次是步驟 1203和1205,用于如上所述地在挖掉的絕緣區(qū)域的不同部分沉積不同類型的應(yīng)變引入層。在本發(fā)明的具體實(shí)施例中,步驟1203中在SOI結(jié)構(gòu)的背側(cè)沉積應(yīng)變引入層之后是在步驟1204中的對(duì)所沉積的應(yīng)變引入層的部分的圖案化去除。該步驟將因此形成挖掉的應(yīng)變層區(qū)域。在步驟1205中,在SOI結(jié)構(gòu)背側(cè)上沉積第二應(yīng)變層。由此,該第二應(yīng)變層將填充該挖掉的應(yīng)變層區(qū)域。在步驟1206中,未填充挖掉的應(yīng)變層區(qū)域的其它應(yīng)變層可被去除以形成SOI結(jié)構(gòu)的均勻背部背面。該方案與其它實(shí)施例相比具有一些有利方案,這是因?yàn)閮H僅步驟1204中的應(yīng)變層的去除需要圖案化。步驟1206中的第二應(yīng)變層的去除可包括機(jī)械研磨至均勻水平或者由第一和第二應(yīng)變層的化學(xué)組合物中的不同所輔助的刻蝕。此外, 應(yīng)變引入層的實(shí)際沉積可在步驟1203和1205中統(tǒng)一??紤]到一些形式的沉積(例如化學(xué)氣相沉積)并非總是適合具體的平版印刷圖案化,所以該方案中以更有效的方式實(shí)現(xiàn)具體的圖案化方面是有利的。雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的具體實(shí)施例主要討論了本發(fā)明的實(shí)施例,但是其它變化也是可行的。所描述的系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)可用來(lái)代替或添加至此處所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。例如,雖然一般參考硅基板和氧化物絕緣層來(lái)討論器件,但是對(duì)于任意形式的絕緣體上半導(dǎo)體晶圓、結(jié)構(gòu)或器件,本發(fā)明也可以發(fā)揮效力。例如,本發(fā)明可與藍(lán)寶石上硅(silicon-on-sapphire) 結(jié)構(gòu)組合使用。此外,本發(fā)明在電路采用諸如CMOS、二極管、BiCMOS、SiGe、Ga、As、InGaAs, GaN以及任意其它半導(dǎo)體技術(shù)或復(fù)合半導(dǎo)體技術(shù)的形式之類的技術(shù)形式時(shí)也可發(fā)揮效力或工作。如上所述,絕緣層無(wú)需完全去除。該絕緣層可原封不動(dòng),這樣可在絕緣層的表面上布置散熱層。此外,可對(duì)整個(gè)絕緣層進(jìn)行減薄,而不是完全去除,或者可形成包括殘留的減薄后的絕緣層的挖掉的絕緣區(qū)域。而且,本文提到的這些層之間可布置其它層或材料。半導(dǎo)體處理是非常復(fù)雜的領(lǐng)域,并且僅僅在明確地需要層來(lái)描述本發(fā)明以避免混淆時(shí)提及這些層。例如,有源層上可布置鈍化層以防止電路與其環(huán)境反應(yīng)。此外,詞語(yǔ)“層”的使用(例如在描述有源層或絕緣層時(shí))不排除該層由多種材料組成。例如,除了 SOI結(jié)構(gòu)的整個(gè)有源層下方的二氧化硅絕緣體之外,有源層中的金屬線路下方可能存在玻璃層、或一些其它絕緣體。但是,術(shù)語(yǔ)絕緣層可覆蓋整個(gè)玻璃結(jié)構(gòu)以及二氧化硅絕緣體。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是,前述描述僅僅作為示例,而不是用于限制本發(fā)明。 公開(kāi)文本中的沒(méi)有表示本發(fā)明限于需要具體形式的半導(dǎo)體處理或集成電路的系統(tǒng)。根據(jù)需要,可通過(guò)硬件或軟件執(zhí)行功能。總體上,所顯示的示圖僅僅用于表示一種可能的結(jié)構(gòu),多種變化是可行的。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是,與本發(fā)明一致的方法和系統(tǒng)適合于在更寬范圍的應(yīng)用中使用,包括與電子或光電器件的散熱相關(guān)的任何應(yīng)用。雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的具體實(shí)施例詳細(xì)描述了說(shuō)明書(shū),但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是,在得到了上述理解之后,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地構(gòu)想出對(duì)這些實(shí)施例的替換、改變和等價(jià)形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離所附權(quán)利要求中更具體地闡述的本發(fā)明精神和范圍的情況下實(shí)施對(duì)本發(fā)明的這些和其它修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種絕緣體上半導(dǎo)體,包括 散熱層;位于所述散熱層上方的有源層;以及位于所述有源層上方的操縱晶圓; 其中所述散熱層具有高熱導(dǎo)率并且電絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上半導(dǎo)體,進(jìn)一步包括位于所述散熱層上方的第二操縱晶圓,所述第二操縱晶圓具有處于基板層上的第二散執(zhí)層.其中所述操縱晶圓通過(guò)暫時(shí)接合而接合至所述有源層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的絕緣體上半導(dǎo)體,進(jìn)一步包括 絕緣層,其至少部分地與所述散熱層共同垂直延伸;其中所述有源層沉積在所述絕緣層上; 其中所述絕緣層包括挖掉的絕緣區(qū)域;以及其中所述散熱層沉積在所述挖掉的絕緣區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的絕緣體上半導(dǎo)體,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域與所述有源區(qū)中的最低金屬布線層橫向地共同延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣體上半導(dǎo)體,進(jìn)一步包括 絕緣層,其至少部分地與所述散熱層共同垂直延伸;其中所述有源層沉積在所述絕緣層上; 其中所述絕緣層包括挖掉的絕緣區(qū)域;以及其中所述散熱層沉積在所述挖掉的絕緣區(qū)域中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣體上半導(dǎo)體,進(jìn)一步包括 布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分中的金屬接觸;其中所述散熱層布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第二部分中,并且所述散熱層布置在所述金屬接觸的一側(cè);以及其中所述金屬接觸被配置成作為用于所述有源層中的電路的電接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣體上半導(dǎo)體,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域與所述有源區(qū)中的最低金屬布線層橫向地共同延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣體上半導(dǎo)體,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分與所述有源區(qū)中的有源器件的一部分橫向地共同延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣體上半導(dǎo)體,其中所述有源器件的溝道區(qū)域處于所述挖掉的絕緣區(qū)域的橫向范圍之外。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的絕緣體上半導(dǎo)體,進(jìn)一步包括 布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第二部分中的金屬接觸;其中所述散熱層布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分中,并且所述散熱層布置在所述金屬接觸的一側(cè);以及其中所述金屬接觸被配置成作為用于所述有源層中的電路的電接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10述的絕緣體上半導(dǎo)體,其中 所述金屬接觸包括金屬柱接觸;以及所述金屬接觸被配置成從所述電路向所附接的電路板傳遞信息信號(hào)。
12.—種從絕緣體上半導(dǎo)體器件散熱的方法,包括步驟 橫向跨越絕緣層的頂部表面將熱量傳導(dǎo)通過(guò)有源層;以及將來(lái)自所述絕緣層的熱量散發(fā)通過(guò)散熱層;其中所述散熱層位于所述散熱層上方;其中所述絕緣層位于所述有源層上方,所述絕緣層至少部分地與所述散熱層共同垂直延伸,并且所述絕緣層包括挖掉的絕緣區(qū)域;以及其中所述散熱層具有高熱導(dǎo)率并電絕緣,并且所述散熱層位于所述挖掉的絕緣區(qū)域中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分與所述有源層中的有源器件的一部分共同橫向延伸;以及所述有源器件的溝道區(qū)域處于所述挖掉的絕緣區(qū)域的橫向范圍之外。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法,進(jìn)一步包括步驟 將熱量橫向通過(guò)所述散熱層引導(dǎo)至金屬接觸;以及將來(lái)自所述散熱層的熱量通過(guò)所述金屬接觸散發(fā);其中所述金屬接觸布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第二部分中,并且所述金屬接觸被配置成作為用于所述有源層中的電路的電接觸;以及其中所述散熱層位于所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分中,并且所述散熱層位于所述金屬接觸的一側(cè)。
15.一種制造集成電路的方法,包括步驟 在絕緣體上半導(dǎo)體晶圓的有源層中形成有源電路;從布置在所述絕緣體上半導(dǎo)體晶圓背側(cè)的基板層去除基板材料; 從所述絕緣體上半導(dǎo)體絕緣的所述背側(cè)去除絕緣材料以形成挖掉的絕緣區(qū)域;以及在所述挖掉的絕緣區(qū)域中沉積散熱層; 其中所述散熱層是電絕緣的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,進(jìn)一步包括步驟通過(guò)使用低溫?zé)嵬嘶疴g化一種界面狀態(tài),所述界面狀態(tài)組是在去除所述絕緣材料期間形成的;其中所述散熱層由所述絕緣材料層組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其中所述散熱層具有高熱導(dǎo)率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域與所述絕緣體上硅晶圓的整個(gè)背部表面橫向地共同延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,進(jìn)一步包括步驟 在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分中沉積金屬接觸;其中所述散熱層布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第二部分中,并且所述散熱層布置在所述金屬接觸的一側(cè);以及其中所述金屬接觸被配置成作為用于所述有源層中的電路的電接觸。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域與所述有源區(qū)中的最低金屬布線層橫向地共同延伸。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,進(jìn)一步包括步驟 將操縱晶圓臨時(shí)接合至所述有源層的頂側(cè);以及將第二操縱晶圓永久地接合至所述有源層下方的所述絕緣體上硅晶圓; 其中所述第二操縱晶圓具有基板層上方的第二散熱層。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法,其中所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分與所述有源區(qū)中的有源器件的一部分橫向地共同延伸。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法,其中絕緣材料的剩余部分與所述有源器件的溝道區(qū)域橫向地共同延伸。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法,進(jìn)一步包括步驟 在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第二部分中沉積金屬接觸;其中所述散熱層布置在所述挖掉的絕緣區(qū)域的第一部分中,并且所述散熱層布置在所述金屬接觸的一側(cè);以及其中所述金屬接觸被配置成作為用于所述有源層中的電路的電接觸。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法,進(jìn)一步包括步驟 將所述集成電路配置成附接至電路板;其中所述金屬接觸包括金屬柱接觸;以及其中所述電接觸被配置成從所述有源電路向所述電路板傳遞信息信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了對(duì)絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)的散熱。在一個(gè)實(shí)施例中,公開(kāi)了一種制造集成電路的方法。在第一步驟中,在絕緣體上半導(dǎo)體晶圓的有源層中形成有源電路。在第二步驟中,從布置在所述絕緣體上半導(dǎo)體晶圓背側(cè)的基板層去除基板材料。在第三步驟中,從所述絕緣體上半導(dǎo)體絕緣的所述背側(cè)去除絕緣材料以形成挖掉的絕緣區(qū)域。在第四步驟中,在所述挖掉的絕緣區(qū)域中沉積散熱層。所述散熱層是導(dǎo)熱的并且是電絕緣的。
文檔編號(hào)H01L27/12GK102473683SQ201080031811
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者M.A.斯圖伯, P.A.尼加德, S.B.莫林 申請(qǐng)人:Io半導(dǎo)體公司