具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法，该SOI晶圆依次包括：体硅晶圆、埋氧层及硅器件层；埋氧层及硅器件层中形成有贯穿埋氧层及至少部分厚度的硅器件层的沟槽，沟槽中填充有高热导率材料，高热导率材料采用散热胶固定；硅器件层包括至少一个有源区，高热导率材料围绕在有源区外周。通过在埋氧层及硅器件层中设置将有源区包围的沟槽，并在沟槽中填充高热导率材料，则热量可通过高热导率材料实现对器件结构的精准散热；另外，随着现有集成电路的三维集成度提高及尺寸的不断减小，采用本发明专利技术的散热结构，可将每层集成电路器件产生的热量通过每层中的高热导率材料有效散出，从而有效解决三维集成电路中间层叠区域散热难的问题。难的问题。难的问题。

【技术实现步骤摘要】
具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法


[0001]本专利技术涉及绝缘体上半导体衬底
，特别是涉及一种具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于低寄生结电容、埋氧层(Buried Oxid，BOX)隔离等优势，绝缘体上硅衬底技术(Silicon
‑
on
‑
Insulator，SOI)广泛应用于低功耗、高速和高可靠集成电路。然而，由于埋氧层的热导率比较低，造成高密度集成的SOI电路存在自加热效应，导致器件的沟道电流下降和负差分电阻的形成等，使绝缘体上半导体技术的应用受到很大限制。
[0003]因此，有必要提出一种具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法，以有效提高绝缘体上硅晶圆的散热性能。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法，用于解决现有技术中的绝缘体上硅晶圆的散热性能及散热效率较低等的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有散热结构的SOI晶圆，所述SOI晶圆依次包括：体硅晶圆、埋氧层及硅器件层；
[0006]所述埋氧层及所述硅器件层中形成有贯穿所述埋氧层及至少部分厚度的所述硅器件层的沟槽，所述沟槽中填充有高热导率材料，所述高热导率材料采用散热胶固定；
[0007]所述硅器件层包括至少一个有源区，所述高热导率材料围绕在所述有源区外周。
[0008]可选地，所述高热导率材料为碳纳米管或二硫化钼。
[0009]进一步地，所述高热导率材料为碳纳米管，所述碳纳米管在所述沟槽中沿所述沟槽的长度方向设置或沿所述沟槽的宽度方向设置或沿所述沟槽的深度方向设置，
[0010]可选地，所述高热导率材料为二硫化钼，所述二硫化钼在所述沟槽中沿所述沟槽的深度方向呈层状依次层叠，且相邻两层之间通过范德瓦尔斯力结合。
[0011]可选地，所述有源区与所述高热导率材料之间形成有环绕所述有源区的浅沟槽隔离。
[0012]可选地，所述体硅晶圆为P型掺杂或N型掺杂，掺杂浓度介于10
14
cm
‑3～10
16
cm
‑3之间。
[0013]本专利技术还提供一种具有散热结构的SOI晶圆的制备方法，所述制备方法包括：
[0014]提供硅器件晶圆，并于所述硅器件晶圆上形成埋氧层；
[0015]以所述埋氧层作为保护层，采用轻离子注入工艺，于所述硅器件晶圆的预设深度形成缺陷分离层；
[0016]依次刻蚀所述埋氧层及所述缺陷分离层上的至少部分厚度的所述硅器件晶圆，形成沟槽；
[0017]于所述沟槽中填充高热导率材料，并采用散热胶固定；
[0018]将填充有所述高热导率材料的所述硅器件晶圆倒置，并与提供的体硅晶圆键合；
[0019]基于所述缺陷分离层将所述硅器件晶圆减薄，保留在所述埋氧层上的部分所述硅器件晶圆形成为硅器件层，其中，所述硅器件层包括至少一个有源区，所述高热导率材料围绕在所述有源区外周。
[0020]可选地，采用湿法氧化工艺形成所述埋氧层。
[0021]可选地，所述轻离子注入工艺中采用的轻离子为氢离子。
[0022]可选地，将所述硅器件晶圆与所述体硅晶圆键合前还包括对所述埋氧层表面进行平坦化和清洁的步骤；形成所述硅器件层后还包括对所述硅器件层进行抛光的步骤及对体硅晶圆进行减薄的步骤。
[0023]如上所述，本专利技术的具有散热结构的SOI晶圆及其制备方法，通过在埋氧层及硅器件层中设置沟槽，并在沟槽中填充高热导率材料，且高热导率材料围绕在有源区外周，将有源区包围，则后续在有源区形成的器件结构产生的热量可通过围绕在其外周的高热导率材料散热，沿有源区周向设置的高热导率材料可实现对器件结构的精准散热，从而进一步提高散热效率；另外，随着现有集成电路的三维集成度提高及尺寸的不断减小，采用本专利技术的散热结构，可将每层集成电路器件产生的热量通过每层中的高热导率材料有效散出，从而有效解决三维集成电路中间层叠区域散热难的问题。
附图说明
[0024]图1至图12显示为本专利技术的具有散热结构的SOI晶圆的制备方法中各步骤所呈现的结构示意图，其中，图12显示为本专利技术的具有散热结构的SOI晶圆的结构示意图。
[0025]图13显示为本专利技术的具有散热结构的SOI晶圆制备方法的流程示意图。
[0026]元件标号说明
[0027]10
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硅器件晶圆
[0028]11
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埋氧层
[0029]12
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缺陷分离层
[0030]13
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沟槽
[0031]14
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高热导材料
[0032]15
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体硅晶圆
[0033]16
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硅器件层
[0034]17
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有源区
[0035]18
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浅沟槽隔离
[0036]S1～S6
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步骤
具体实施方式
[0037]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0038]如在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0039]为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。
[0040]在本申请的上下文中，所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。
[0041]请参阅图1至图13。需要说明的是，本实施例中所提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有散热结构的SOI晶圆，其特征在于，所述SOI晶圆依次包括：体硅晶圆、埋氧层及硅器件层；所述埋氧层及所述硅器件层中形成有贯穿所述埋氧层及至少部分厚度的所述硅器件层的沟槽，所述沟槽中填充有高热导率材料，所述高热导率材料采用散热胶固定；所述硅器件层包括至少一个有源区，所述高热导率材料围绕在所述有源区外周。2.根据权利要求1所述的具有散热结构的SOI晶圆，其特征在于：所述高热导率材料为碳纳米管或二硫化钼。3.根据权利要求2所述的具有散热结构的SOI晶圆，其特征在于：所述高热导率材料为碳纳米管，所述碳纳米管在所述沟槽中沿所述沟槽的长度方向设置或沿所述沟槽的宽度方向设置或沿所述沟槽的深度方向设置。4.根据权利要求2所述的具有散热结构的SOI晶圆，其特征在于：所述高热导率材料为二硫化钼，所述二硫化钼在所述沟槽中沿所述沟槽的深度方向呈层状依次层叠，且相邻两层之间通过范德瓦尔斯力结合。5.根据权利要求1所述的具有散热结构的SOI晶圆，其特征在于：所述有源区与所述高热导率材料之间形成有环绕所述有源区的浅沟槽隔离。6.根据权利要求1所述的具有散热结构的SOI晶圆，其特征在于：所述体硅晶圆为P型掺杂或N型掺杂，掺杂浓度介于10
14
cm
‑3～10

【专利技术属性】
技术研发人员：刘森，刘海彬，罗建富，刘兴龙，史林森，班桂春，
申请(专利权)人：微龛广州半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：