CN102299053B - 一种半导体器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体器件及其制造方法，通过去除牺牲衬底或SOI衬底中的底层硅并形成碳纳米管的替代衬底，并在碳纳米管的衬底结构上的半导体层上形成器件结构，由于在沿着碳纳米管的空管方向，其具有很好的散热性能，从而减小器件的自加热效应，进而提高了器件的整体性能。
Description
技术领域
本发明通常涉及一种半导体器件及其制造方法，具体来说，涉及一种具有更好导热性能的衬底的半导体器件及其制造方法。
背景技术
随着半导体技术的飞速发展，具有更高性能和更强功能的集成电路要求更大的元件密度，而且各个元件自身的尺寸也进一步缩小。自加热效应(Self-heating)主要是由于器件工作在开态时，由电流产生的焦耳热使得器件温度升高，从而导致器件性能退化的一种现象，随着器件的尺寸越来越小、器件的密度越来越大，导致器件的自加热效应(Self-heating)越来越严重，从而严重影响了器件的综合性能。
因此，有必要提出一种具有更好导热性能的衬底的半导体器件及其制造方法。
发明内容
本发明提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上依次形成刻蚀停止层、半导体层以及绝缘层；在所述绝缘层上形成碳纳米管层；去除衬底以及刻蚀停止层，以碳纳米管层为替代衬底；以及在所述半导体层上形成预定器件。
本发明还提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：提供SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧化层以及背衬底；在所述衬底的顶层硅上形成绝缘层；在所述绝缘层上形成碳纳米管层；去除所述背衬底以及埋氧化层，以碳纳米管层为替代衬底；以及在所述顶层硅上形成预定器件。
本发明还提供了使用上述方法形成的半导体器件，所述器件包括：衬底，所述衬底为碳纳米管层；形成于所述碳纳米管层上的绝缘层；形成于绝缘层上的半导体层；形成于半导体层上的预定器件。
通过采用本发明所述的方法，形成了具有碳纳米管层的替代衬底，并在碳纳米管的衬底结构上的半导体层上形成器件结构，由于在沿着碳纳米管的空管方向，其具有很好的散热性能，从而减小器件的自加热效应，进而提高了器件的整体性能。
附图说明
图1示出了根据本发明的第一实施例的半导体器件的制造方法流程图；
图2-5示出了根据本发明的第一实施例的半导体器件的各个制造阶段器件的示意图；
图6示出了根据本发明的第二实施例的半导体器件的制造方法流程图；
图7-10示出了根据本发明的第二实施例的半导体器件的各个制造阶段器件的示意图。
具体实施方式
本发明通常涉及半导体器件及其制造方法。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/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”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
第一实施例
参考图1，图1示出了根据本发明的第一实施例的半导体器件的制造方法的流程图。在步骤S101，参考图2，提供半导体衬底200。在本实施例中，衬底200包括位于晶体结构中的硅衬底(例如晶片)，在其他实施例中，还可以包括其他基本半导体或化合物半导体，例如Ge、GeSi、GaAs、InP、SiC或金刚石等，在本实施例中所述衬底200为牺牲衬底。
在步骤S102，在所述半导体衬底200上依次形成刻蚀停止层202、半导体层204以及绝缘层206，如图2所示。可以通过合适的沉积工艺，例如PVD、CVD、ALD、PLD、MOCVD、PEALD、溅射等，依次在所述半导体200上沉积形成刻蚀停止层202、半导体层204以及绝缘层206。所述可以刻蚀停止层202选择与衬底200及半导体层204有选择性的材料来形成，在本发明实施例中为SiGe，在其他实施例中，还可以根据衬底200及半导体层204的材料选择合适的材料形成。其厚度为大约100至1000纳米。所述半导体层204，在本发明实施例中为硅，在其他实施例中，还可以包括其他基本半导体或化合物半导体，例如Ge、GeSi、GaAs、InP、SiC或金刚石等，其厚度为大约50至100纳米。所述绝缘层206可以为氧化硅、氮氧化硅等介质材料，其厚度为大约10至50纳米。
在步骤S103，在所述绝缘层206上形成碳纳米管层208，如图3所示。可以通过化学气相淀积(CVD)法或称为碳氢气体热解法来形成，具体来说，先淀积金属催化剂层(catalyst)，如钴、镍、铁等，或其混合物组合，而后进行化学气相淀积，让气态烃通过附着有催化剂微粒的金属催化剂层，在800～1200度的条件下，气态烃可以分解生成碳纳米管，从而形成碳纳米管层208。
在步骤S 104，去除衬底200以及刻蚀停止层202，以碳纳米管层208为替代衬底，如图4所示。可以翻转所述器件，而后选择性刻蚀，例如湿法腐蚀的方法去除衬底200，并以刻蚀停止层202为停止层，而后，选择性刻蚀，例如湿法腐蚀的方法去除停止层202，并以半导体层204为刻蚀停止层，从而使碳纳米管层208为替代衬底，可以在后续步骤中，在其上的半导体层204上形成所需器件。
在步骤S105，在所述半导体层204上形成预定器件300，参考图5。所述预定器件可以制作有晶体管、二极管、层间介质层或其他半导体组件。参考图5，图5示出了预定器件300的一个实施例，具体来说，首先在半导体层204上形成栅极区，所述栅极区可以通过在衬底上依次形成栅介质层302和栅电极304，而后图形化来形成，所述栅介质层302可以为高k介质材料、氧化硅和氮氧化硅等，所述栅电极304可以是一层或多层结构，可以为金属、金属化合物、多晶硅和金属硅化物，及其它们的组合，所述栅极区还可以包括其他结构，本发明对此并不局限于此。所述栅极区可以通过热氧化或PVD、CVD、ALD、PLD、MOCVD、PEALD、溅射或其他合适的工艺形成。而后，在栅极区的侧壁形成侧墙305，可以为一层或多层结构，可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物掺杂硅玻璃、低k电介质材料及其组合，和/或其他合适的材料形成。而后，而后，可以通过根据期望的晶体管结构，注入p型或n型掺杂物或杂质到半导体层204中形成源极区和漏极区306，可以由包括光刻、离子注入、扩散和/或其他合适工艺的方法形成。此预定器件300仅为示例，并不限于此，本发明对预定器件300的结构及形成方法、工艺、材料等并不做任何限定。
第二实施例
下面将仅就第二实施例区别于第一实施例的方面进行阐述。未描述的部分应当认为与第一实施例采用了相同的步骤、方法或者工艺来进行，因此在此不再赘述。
参考图6，图6示出了根据本发明第二实施例的半导体器件的制造方法的流程图。在步骤S201，提供SOI(Silicon On Isulator，绝缘体上硅)衬底200，参考图7，所述SOI衬底200包括顶层硅2003、埋氧化层2002以及背衬底2001。
需要说明的是，在第一实施例中所述的衬底200以及在其上形成的刻蚀停止层202、半导体层204，在第二实施例中直接由SOI衬底提供，第二实施例中的背衬底2001、埋氧化层2002和顶层硅2003分别等同于第一实施例中的衬底200、刻蚀停止层202、半导体层204。
在步骤S202，在所述衬底上形成绝缘层206，如图7所示。所述绝缘层206可以为氧化硅、氮氧化硅等介质材料，其厚度为大约10至50纳米，可以通过PVD、CVD、ALD、PLD、MOCVD、PEALD、溅射或其他合适工艺形成。
在步骤S203，在所述绝缘层206上形成碳纳米管层208，如图8所示，所述步骤与第一实施例中步骤S103相同，不再赘述。
在步骤S204，去除所述背衬底2001以及埋氧化层2002，以碳纳米管层208为替代衬底，参考图9，同第一实施例中的去除衬底200及刻蚀停止层202，不再赘述。
在步骤S205，在所述顶层硅2003上形成预定器件，参考图10，同第一实施例中在所述半导体层204上形成预定器件相同，不再赘述。
此外，本发明还提供了根据上述方法形成的半导体器件，参考图5，所述器件包括：衬底，所述衬底为碳纳米管层208；形成于所述碳纳米管层208上的绝缘层206；形成于绝缘层206上的半导体层204；形成于半导体层204上的预定器件300。其中所述碳纳米管层的厚度为大约1至10mm。所述绝缘层的厚度为10至50nm。所述预定器件包括晶体管、二极管、层间介质层或其他半导体组件。在一个实施例中所述预定器件300包括：形成于半导体成上的栅极区，所述栅极区包括栅介质层302和栅电极304，以及形成于栅极区侧壁的侧墙305，以及形成于所述栅极区两侧的半导体层204内的源极区和漏极区306，此预定器件的结构仅为示例，并不限于此。
以上对通过去除牺牲衬底或SOI衬底中的底层硅并形成碳纳米管的替代衬底的方法进行了详细描述，以碳纳米管层为替代衬底，并在碳纳米管的衬底结构上的半导体层上形成器件结构，由于在沿着碳纳米管的空管方向，其具有很好的散热性能，从而减小器件的自加热效应，进而提高了器件的整体性能。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
Claims (11)
1.一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底上依次形成刻蚀停止层、半导体层以及绝缘层；
在所述绝缘层上形成碳纳米管层；
去除衬底以及刻蚀停止层，以碳纳米管层为替代衬底；以及
在所述半导体层上形成预定器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述碳纳米管层的步骤包括：在绝缘层上形成金属催化剂层，而后进行化学气相淀积。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述半导体层的厚度为50至100nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述绝缘层的厚度为10至50nm。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述碳纳米管层的厚度为1至10mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定器件包括晶体管、二极管、层间介质层或其他半导体组件。
7.一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：
提供SOI衬底，所述SOI衬底包括顶层硅、埋氧化层以及背衬底；
在所述衬底的顶层硅上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成碳纳米管层；
去除所述背衬底以及埋氧化层，以碳纳米管层为替代衬底；以及
在所述顶层硅上形成预定器件。
8.根据权利要求7所述的方法，其中形成所述碳纳米管层的步骤包括：在绝缘层上形成金属催化剂层，而后进行化学气相淀积。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述碳纳米管层的厚度为1至10mm。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述绝缘层的厚度为10至50nm。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定器件包括晶体管、二极管、层间介质层或其他半导体组件。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |