CN101976660B - 具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片及其制成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片，用于在绝缘体上硅衬底上制作器件，绝缘体上硅衬底依次包括衬底层、氧化掩埋层、单晶硅顶层和层间介质层，具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片包括金属接触孔，金属接触孔贯穿层间介质层、单晶硅顶层和氧化掩埋层，与衬底层接触。这种绝缘体上硅衬底硅片的制作方法也一并提出。本发明所揭露的绝缘体上硅衬底硅片，在SOI衬底中形成金属接触孔，消除了氧化掩埋层对于热量的阻挡，增大SOI衬底的导热能力。

Description

具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片及其制成方法

技术领域

本发明涉及一种半导体结构，且特别涉及一种绝缘体上硅晶片上的散热结构及其制成方法。

背景技术

伴随集成电路制造工艺的不断进步，半导体器件的体积正变得越来越小，随之而来的是器件尺寸逼近物理极限时所产生的大量问题。这使得业界开始寻找除了单纯缩小器件尺寸以外的解决方法，来进一步提高器件性能。绝缘体上硅(SOI)作为一个重要的发展方向而被业界广泛研究和使用。相比传统体硅材料，SOI的特点在于，在表面很薄的一个单晶硅层下是一个绝缘层，主要是以氧化硅作为绝缘材料。绝缘层之下是传统的体硅材料，这一层的作用是对上面的结构起到机械支撑作用。SOI的机构在不改变器件尺寸的前提下，大大减小了器件的漏电流，降低了器件发热量，从而使器件性能大大提高。

但是，SOI具备这些优点的同时，也带来了散热方面的问题。单晶硅材料在25℃时的导热系数为83.5，而二氧化硅的导热系数仅为1.5～39。特别是在浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)结构工艺中，当STI完成后，器件就如同被一个由二氧化硅所形成的碗所盛放，热量无法有效的释放到衬底体硅材料中去，从而影响到器件的性能和可靠性。

图1所示为已知技术中SOI器件的结构示意图。

其中、SOI依次包括衬底层101、氧化掩埋层102和单晶硅顶层103。单晶硅顶层103又包括有STI104。金属层106利用层间介质层105间隔设置在单晶硅顶层103上，金属层106与单晶硅顶层103之间，利用金属接脚107进行电性连接。

如图1所示，由于SOI结构中包括氧化掩埋层102，其热传导能力远不如硅的热传导能力，因此，金属层106所产生的热量无法有效地释放到衬底体硅材料中去，从而影响到器件的性能和可靠性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺点，在SOI衬底中形成金属接触孔，增大SOI衬底的导热能力。

为了达到上述目的，本发明提出一种具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片，用于在绝缘体上硅衬底上制作器件，绝缘体上硅衬底依次包括衬底层、氧化掩埋层、单晶硅顶层和层间介质层，具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片包括金属接触孔，金属接触孔贯穿层间介质层、单晶硅顶层和氧化掩埋层，与衬底层接触。

进一步说，在层间介质层上还包括：

金属层，层间介质层是作为金属层与单晶硅顶层之间的隔离层，金属接触孔延伸贯穿层间介质层，与金属层接触。

进一步说，单晶硅顶层中包括浅沟槽隔离，金属接触孔贯穿单晶硅顶层中的浅沟槽隔离。

进一步说，金属接触孔的材料为钨。

进一步说，金属接触孔的导热系数大于二氧化硅的导热系数。

本发明还提出一种具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，用于在绝缘体上硅衬底上制作器件，绝缘体上硅衬底依次包括衬底层、氧化掩埋层、单晶硅顶层和层间介质层，制作方法包括以下步骤：

自层间介质层打孔至衬底层；

在孔中沉积金属；以及

用化学研磨的方法去掉多余的金属。

进一步说，在自层间介质层打孔至衬底层步骤之前，还包括：

在单晶硅顶层中制作浅沟槽隔离。

进一步说，孔贯穿浅沟槽隔离。

进一步说，所沉积的金属的材料为钨。

进一步说，所沉积的金属的导热系数大于二氧化硅的导热系数。

本发明通过在SOI结构中制作导热系数大的金属接触孔，该金属接触孔贯穿了氧化掩埋层，从而消除了氧化掩埋层对于热量的阻挡，增大了SOI衬底硅片的导热能力，增强了器件的稳定性。在有的实施例中，金属接触孔还可以设置为穿透STI结构，从而能够消除STI结构对于热量的阻挡，增大器件的导热能力。具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法简单、效用突出，能够广泛应用。

附图说明

图1所示为已知技术中SOI器件的结构示意图；

图2所示为本发明的具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片结构；以及

图3所示为具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法流程图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

图2为本发明的具有散热结构的绝缘体上硅(SOI)衬底硅片结构。其中SOI依次包括衬底层201、氧化掩埋层202和单晶硅顶层203。在硅片结构中，SOI上还包括层间介质层205设置在单晶硅顶层203上。

值得注意的是，SOI包括金属接触孔208a、208b，金属接触孔208a、208b贯穿层间介质层205、单晶硅顶层203和氧化掩埋层202，与衬底层201接触。

金属接触孔208a、208b所采用的金属可以是钨。钨的热传导能力极佳，大于二氧化硅的导热系数，因此能够将层间介质层205上的器件所产生的热量传导至衬底层201。当然，根据条件，也可以采用其他金属，只要具有比二氧化硅的导热系数大的金属材料，均能够达到本发明的目的。

当在SOI衬底上制作器件时，层间介质层205作為金属层206和单晶硅顶层203之间的隔离层。金属层206与单晶硅顶层203之间，利用金属接脚207进行电性连接。

金属接触孔208a、208b由于贯穿了层间介质层205、单晶硅顶层203和氧化掩埋层202，因此能够与金属层206接触，而将金属层206所产生的热量传导至衬底层201。

在有的实施例中，单晶硅顶层203中包括有STI 204。金属接触孔208a、208b根据位置需要可以贯穿单晶硅顶层203中的STI 204(例如金属接触孔208b)，用来将热量穿过STI204传导至衬底层201。

图3所示为具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法流程图。

请结合参考图2和图3。具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法包括以下步骤：

步骤S301：在已经形成的SOI结构上自层间介质层205打孔至衬底层201。打孔方法可以是：在单晶硅顶层203上涂抹光刻胶并曝光；用干法刻蚀未被光刻胶覆盖的单晶硅顶层203，至衬底层201停止；去除光刻胶。

步骤S302：在孔中沉积金属。所沉积的金属可以是钨。

步骤S303：用化学研磨的方法去掉多余的金属。

在上述步骤所形成的结构上可以进一步制作器件，例如在层间介质层205上沉积金属层206。

在有的实施例中，在步骤S301之前，还包括在单晶硅顶层203中制作STI。那么，在步骤S301中，孔可以根据需要贯穿STI。

至此，本发明通过在SOI结构中制作导热系数大的金属接触孔，该金属接触孔贯穿了氧化掩埋层，从而消除了氧化掩埋层对于热量的阻挡，增大了SOI衬底硅片的导热能力，增强了器件的稳定性。在有的实施例中，金属接触孔还可以设置为穿透STI结构，从而能够消除STI结构对于热量的阻挡，增大器件的导热能力。具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法简单、效用突出，能够广泛应用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片，用于在绝缘体上硅衬底上制作器件，所述绝缘体上硅衬底依次包括衬底层、氧化掩埋层、单晶硅顶层和层间介质层，其特征是，所述具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片包括金属接触孔，所述金属接触孔贯穿所述层间介质层、单晶硅顶层和氧化掩埋层，与所述衬底层接触，其中，所述单晶硅顶层中包括浅沟槽隔离，部分所述金属接触孔贯穿所述单晶硅顶层中的所述浅沟槽隔离。

2.根据权利要求1所述的具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片，其特征是，在所述层间介质层上还包括：

金属层，所述层间介质层是作为所述金属层与所述单晶硅顶层之间的隔离层，所述金属接触孔延伸贯穿所述层间介质层，与所述金属层接触。

3.根据权利要求1所述的具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片，其特征是，所述金属接触孔的材料为钨。

4.根据权利要求1所述的具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片，其特征是，所述金属接触孔的导热系数大于二氧化硅的导热系数。

5.一种具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，用于在绝缘体上硅衬底上制作器件，所述绝缘体上硅衬底依次包括衬底层、氧化掩埋层、单晶硅顶层和层间介质层，其特征是，所述制作方法包括以下步骤：

自所述层间介质层打孔至所述衬底层；

在所述孔中沉积金属；以及

用化学研磨的方法去掉多余的金属；

其中，在自所述层间介质层打孔至所述衬底层步骤之前，还包括：

在所述单晶硅项层中制作浅沟槽隔离，部分所述孔贯穿所述浅沟槽隔离。

6.根据权利要求5所述的具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，其特征是，所沉积的金属的材料为钨。

7.根据权利要求5所述的具有散热结构的绝缘体上硅衬底硅片的制作方法，其特征是，所沉积的金属的导热系数大于二氧化硅的导热系数。