集成电路及其制造方法技术

本公开涉及集成电路及其制造方法。一种集成电路，包括：氧化物层，位于衬底上方；半导体材料层，位于氧化物层上方并且包括晶体管的P阱、N阱和沟道；热衬底接触，延伸穿过半导体材料层和氧化物层，并且抵靠衬底的顶表面。热衬底接触增加了将集成电路晶体管产生的热量移除出集成电路的能力。横贯衬底上方的氧化物层的热衬底接触提供了用于使热量从集成电路流出(或替代地，通过集成电路从衬底流出)以冷却集成电路的辅助路径。集成电路的辅助路径。集成电路的辅助路径。

【技术实现步骤摘要】
集成电路及其制造方法


[0001]本公开涉及集成电路及其制造方法。

技术介绍

[0002]集成电路在操作期间由于电流流过集成电路的晶体管和导线而产生热量。集成电路的被动冷却和主动冷却增加了电路的寿命并且增加了集成电路的工作电压范围。集成电路的主动冷却和被动冷却的改进与集成电路的提高的最高工作速度以及集成电路的更高的最高工作电压有关。
[0003]在晶体管和衬底(例如，SOI或绝缘体上硅)之间具有氧化物层的集成电路采用衬底上的氧化物层以减小集成电路中的泄漏电流。氧化物层用作热绝缘体，减少了热量从集成电路的生成位置(例如，晶体管)的向外扩散。隔热降低了通过衬底散发热量的能力。

技术实现思路

[0004]根据本公开的一个实施例，提供了一种集成电路，包括：氧化物层，位于衬底上方；半导体材料层，位于所述氧化物层上方并且在其中具有晶体管的P阱、N阱、和沟道；以及热衬底接触，延伸穿过所述半导体材料层和所述氧化物层，其中，所述热衬底接触的最底表面与所述衬底接触。
[0005]根据本公开的另一实施例，提供了一种制造集成电路的方法，包括：在衬底的顶表面上方形成氧化物层；在所述氧化物层上方沉积半导体材料层；以及制造热衬底接触，所述热衬底接触延伸穿过所述半导体材料层和所述氧化物层到达所述衬底的顶表面，其中，制造所述热衬底接触包括：蚀刻凹槽，其中，所述凹槽在所述衬底中的深度小于所述衬底的厚度；以及利用导热材料填充所述凹槽。
[0006]根据本公开的又一实施例，提供了一种半导体器件，包括：氧化物层，位于衬底顶面上；半导体材料层，位于所述氧化物层上方；第一热衬底接触，延伸穿过所述半导体材料层中的第一掺杂阱，其中，所述第一热衬底接触在所述衬底中的深度小于所述衬底的厚度；以及第二热衬底接触，延伸穿过所述半导体材料层中的第二掺杂阱，晶体管的沟道区域位于所述第一掺杂阱和所述第二掺杂阱之间，其中，所述第二热衬底接触在所述衬底中的深度小于所述衬底的厚度。
附图说明
[0007]图1是根据一些实施例的制造热衬底接触的方法的流程图。
[0008]图2是根据一些实施例的具有热衬底接触的集成电路的俯视图。
[0009]图3是根据一些实施例的集成电路的横截面视图。
[0010]图4是根据一些实施例的集成电路的横截面视图。
[0011]图5是根据一些实施例的集成电路的横截面视图。
[0012]图6A是根据一些实施例的具有热衬底接触的集成电路的俯视图。
[0013]图6B是根据一些实施例的具有热衬底接触的集成电路的横截面视图。
[0014]图7A和图7B是根据一些实施例的集成电路的实施例的俯视图。
[0015]图8是根据一些实施例的集成电路的俯视图。
[0016]图9是根据一些实施例的集成电路的俯视图。
[0017]图10A和图10B是根据一些实施例的集成电路的框图。
具体实施方式
[0018]下面的公开内容提供了用于实现所提供的主题的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了组件、值、操作、材料、布置等的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例而不意图是限制性的。可以预期其他组件、值、操作、材料、布置等。例如，在下面的说明中，在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括以直接接触的方式形成第一特征和第二特征的实施例，并且还可以包括可以在第一特征和第二特征之间形成附加特征，使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外，本公开可以在各种示例中重复参考标号和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且本身并不表示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0019]此外，本文中可能使用了空间相关术语(例如，“下方”、“之下”、“低于”、“以上”、“上部”等)，以易于描述图中所示的一个要素或特征相对于另外(一个或多个)要素或(一个或多个)特征的关系。这些空间相关术语意在涵盖器件在使用或工作中除了图中所示朝向之外的不同朝向。装置可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他朝向)，并且本文中所用的空间相关描述符同样可能被相应地解释。
[0020]集成电路的热管理与集成电路在操作期间的寿命以及集成电路的性能有关。在某些情况下，修改集成电路的操作电压以使计算机的处理器超频从而提高处理器速度。超频会增加集成电路中产生的热量。集成电路产生的热量来自电流流过集成电路中的互连结构和晶体管。提高的速度和增加的操作电压与集成电路产生的大量热量相关联。集成电路具有耐热规范(heat tolerance specifications)，以维护和保护集成电路的操作。超过耐热规范的集成电路往往会降低操作寿命和/或在操作期间出现逻辑错误。集成电路的降低的操作寿命或逻辑错误与晶体管的沟道区域的质量有关。随着集成电路的源极和/或漏极区域中的掺杂剂从集成电路的源极或漏极区域中的掺杂剂区域(集成电路的源极或漏极阱)向外迁移，受迁移掺杂剂影响的晶体管的泄漏电流增加并且性能受损。
[0021]从集成电路生成的热量从生成位置流向集成电路的表面。在集成电路的表面，散热器或周围的冷却材料(空气或用于浸没式计算设备的液体)将热量从集成电路转移出去。从晶体管生成的热量从晶体管通过集成电路中的互连结构流向集成电路的顶表面，在该顶表面上，散热器和/或周围的冷却材料将热量转移出去。相对于互连结构中的导电通孔和/或金属线，围绕集成电路互连结构中的导电通孔和/或金属线的电介质材料用作绝缘体或不良的热导体。
[0022]在绝缘体上硅(SOI)器件中，氧化物层或绝缘材料层位于晶体管和衬底之间。氧化物层是不良的热导体，并且几乎不将热量从集成电路传导出去。作为结果，在某些方法中，限制了晶体管通过衬底的散热。这往往对集成电路产生负面影响，尤其是当器件尺寸持续缩小并且发热元件在集成电路内更靠近在一起时。
[0023]穿过氧化物层并且与衬底直接接触的热衬底接触有助于将热量从晶体管传递到衬底中。热衬底接触在衬底顶表面处落在衬底上，或延伸到衬底的凹槽中。热衬底接触还与氧化物层上方的半导体材料层直接接触。因此，向下(例如，朝向衬底)的热传导与向上(例如，远离衬底，通过集成电路)的热传导相结合，提高了集成电路的冷却速率。通过提高集成电路的冷却速率，降低了集成电路的晶体管和其他部件所达到的峰值温度，从而延长了集成电路的寿命。此外，通过提高集成电路的冷却速率，减少了对集成电路进行超频的负面后果(寿命缩短等)。通过提高集成电路的冷却速率，从集成电路中移除的热量增加了集成电路(例如，中央处理单元或图形处理单元)在开启主动冷却系统以保护集成电路免受高温条件的影响之前操作的时间。
[0024]图1是根据一些实施例的制造热衬底接触的方法100的流程图。
[0025]方法100包括操作102，其中，在衬底上方形成氧化物层。适用于集成电路的衬底包括半导体材料，例如，硅(Si)或硅锗(SiGe)等。相对于在衬底上生长的氧化物层，集成电路制造中使用的衬底材料具有相对较高的导热率。在一些实施例中，形成氧化物层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电路，包括：氧化物层，位于衬底上方；半导体材料层，位于所述氧化物层上方并且在其中具有晶体管的P阱、N阱、和沟道；以及热衬底接触，延伸穿过所述半导体材料层和所述氧化物层，其中，所述热衬底接触的最底表面与所述衬底接触。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述热衬底接触部分地延伸到所述衬底中。3.根据权利要求1所述的集成电路，还包括：隔离结构，位于所述半导体材料层中，所述热衬底接触延伸穿过所述隔离结构。4.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述热衬底接触从所述晶体管周围的隔离区域延伸到所述衬底中。5.根据权利要求1所述的集成电路，还包括：导热套筒，其中，所述热衬底接触延伸穿过所述导热套筒和所述氧化物层。6.根据权利要求5所述的集成电路，其中，所述导热套筒延伸穿过所述半导体材料层并且抵靠所述氧化物层的顶表面。7.根据权利要求1所述的集成电路，其中，所述热衬底接触电连接到所述集成电路的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴健，韩峰，张帅，
申请(专利权)人：台积电中国有限公司，
类型：发明
国别省市：