[發明專利]具有背側應變拓撲結構的絕緣體上覆半導體

有效

• 申請號: 201580061764.4
• 申請日: 2015-11-12
• 公開（公告）號: CN107112329B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: P·A·尼高;S·B·莫林;M·A·斯塔博;M·奧班
• 申請（專利權）人: 高通股份有限公司
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12;H01L21/84
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 楊麗;李小芳

本發明的各實施例提供了使用應變層對半導體結構中的晶體管的改進。該結構包括具有挖出區域和圖案區域的圖案化層、位于挖出區域中以及在圖案區域上的應變層、位于應變層之上的有源層、形成在有源層中的場效應晶體管、以及位于有源層之上的操作柄層。該場效應晶體管包括源極、漏極和溝道。該溝道完全位于圖案區域的橫向范圍內。源極和漏極各自僅部分地位于圖案區域的橫向范圍內。應變層更改溝道的載流子遷移率。在一些實施例中，應變層被引入到絕緣體上覆半導體結構的背側。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2014年11月13日提交的美國專利申請No.14/540,268的優先權，該申請的內容通過援引被納入于此。

發明背景

絕緣體上覆半導體(SOI)技術在二十世紀九十年代晚期首次被商業化。SOI技術的限定特性在于，其中形成電路系統的半導體區域藉由電絕緣層來與體基板隔離開。該絕緣層通常是二氧化硅。二氧化硅被選擇的原因在于它可以通過使硅晶片氧化來被形成在硅晶片上并且因此宜于高效制造。SOI技術的有利方面直接源自于絕緣體層將有源層與體基板電絕緣的能力。如本文和所附權利要求書中所使用的，SOI結構上形成信號處理電路系統的區域被稱為SOI結構的有源層。

SOI技術代表了對傳統體基板技術的改進，因為絕緣層的引入隔離了SOI結構中的有源器件，這改善了其電特性。例如，晶體管的閾值電壓是渴望被統一的，并且很大部分由晶體管柵極下方的半導體材料的特性來設定。如果這一材料區域被隔離，則進一步加工會影響這一區域并且更改器件的閾值電壓的幾率會更小。源自對SOI結構的使用的附加電特性改善包括較少的短溝道效應、對于較高速度而言降低的電容、以及在器件正用作開關的情況下較低的插入損耗。另外，絕緣層可作用于減少有源器件受到有害輻射的影響。這在給定了在地球大氣層外遍布有害的電離輻射的前提下對于在太空中使用的集成電路而言尤為重要。

SOI晶片100在圖1中被示出。該晶片包括基板層101、絕緣體層102和有源層103。該基板通常是半導體材料，諸如硅。絕緣體層102是通過基板層101的氧化形成的電介質，通常為二氧化硅。有源層103包括摻雜劑、電介質、多晶硅、金屬層、鈍化、以及在電路系統104已被形成于其中之后呈現的其它層的組合。電路系統104可包括金屬配線；無源器件(諸如電阻器、電容器和電感器)；以及有源器件(諸如晶體管)。如本文中以及所附權利要求中所使用的，SOI晶片100的“頂”是指頂表面105，而SOI晶片100的“底”是指底表面106。無論SOI晶片100與其他參考系的相對取向如何，以及是從SOI晶片100移除層還是向SOI晶片100添加層，該取向方案都保持不變。因此，有源層103總是在絕緣體層102“上方”。此外，無論SOI晶片100與其他參考系的相對取向如何，以及是從SOI晶片100移除層還是向SOI晶片100添加層，原點在有源層103的中心并向底表面106延伸的向量將總是指向SOI結構的“背側”方向。

SOI期間被賦予增強和維持它們的有源器件的電特性的能力，如上所述。然而，絕緣體層的引入就器件的散熱能力而言造成了顯著的問題。由于集成電路中器件的不斷增進的小型化，更大數目的產熱器件必須被壓入越來越小的面積中。在現代集成電路中，電路系統104的發熱密度可能是極端的。絕緣體層102的引入加劇了這一問題，因為絕緣體層102的導熱率一般遠低于標準體基板的導熱率。如先前所提及的，二氧化硅是現代SOI技術中無處不在的絕緣體層。在開氏300度(K)的溫度，二氧化硅具有約每開每米1.4瓦(W/m*K)的導熱率。處于相同溫度的體硅基板具有約130W/m*K的導熱率。SOI技術所展現出的散熱性能方面的接近100倍的折降是極其有問題的。集成電路中的高熱水平能夠使其器件的電特性偏移到預期范圍之外從而導致嚴重的設計故障。在聽任未檢查的情況下，器件中過多的熱量可導致翹曲或融化器件電路系統中的材料形式的永久且嚴重的故障。