熱電元件和包括熱電元件的半導體裝置的制造方法
【專利說明】熱電元件和包括熱電元件的半導體裝置
[0001]本申請要求于2014年7月24日在USPT0提交的第62/028，522號美國臨時申請的優先權和2014年11月26日在韓國知識產權局(ΚΙΡ0)提交的第10-2014-0166117號韓國專利申請的優先權，通過引用全部包含了這些專利申請的公開內容。
技術領域
[0002]本發明構思涉及熱電元件、制造熱電元件的方法和包括熱電元件的半導體裝置。
【背景技術】
[0003]隨著半導體裝置的集成度的提高，一個半導體裝置中可以集成更多數量的組件，并且半導體裝置的運行速度逐漸加快。由于半導體裝置的集成度和運行速度提高，因此半導體裝置內會發出更大量的熱，并且由于半導體裝置的操作條件導致半導體裝置內會發生局部溫度差異。
【發明內容】
[0004]根據本發明構思的示例性實施例，熱電元件提供如下。第一半導體鰭結構和第二半導體鰭結構設置在半導體基底上。每個半導體鰭結構沿第一方向延伸，從半導體基底突出。第一半導體納米線和第二半導體納米線分別設置在第一半導體鰭結構和第二半導體鰭結構上。第一半導體納米線包括第一雜質。第二半導體納米線包括與第一雜質不同的第二雜質。第一電極連接到第一半導體納米線的第一端和第二半導體納米線的第一端。第二電極連接到第一半導體納米線的第二端。第三電極連接到第二半導體納米線的第二端。
[0005]根據本發明構思的示例性實施例，熱電元件提供如下。第一半導體納米線設置在半導體基底中，沿第一方向延伸并包括第一雜質。第二半導體納米線設置在半導體基底中，沿第一方向延伸并包括與第一雜質不同的第二雜質。第一電極連接到第一半導體納米線的第一端和第二半導體納米線的第一端。第二電極連接到第一半導體納米線的第二端。第三電極連接到第二半導體納米線的第二端。
[0006]根據本發明構思的示例性實施例，制造熱電元件的方法提供如下。在半導體基底上形成第一半導體鰭結構和第二半導體鰭結構。第一半導體鰭結構和第二半導體鰭結構均從半導體基底突出，沿第一方向延伸。在第一半導體鰭結構上形成第一半導體納米線。第一半導體納米線包括第一雜質。在第二半導體鰭結構上形成第二半導體納米線。第二半導體納米線包括與第一雜質不同的第二雜質。第一電極連接到第一半導體納米線的第一端和第二半導體納米線的第一端。第二電極連接到第一半導體納米線的第二端。第三電極連接到第二半導體納米線的第二端。
[0007]根據本發明構思的示例性實施例，制造熱電元件的方法提供如下。在半導體基底中形成第一半導體納米線，第一半導體納米線沿第一方向延伸并包括第一雜質。在半導體基底中形成第二半導體納米線，第二半導體納米線沿第一方向延伸并包括與第一雜質不同的第二雜質。第一電極連接到第一半導體納米線的第一端和第二半導體納米線的第一端。第二電極連接到第一半導體納米線的第二端。第三電極連接到第二半導體納米線的第二端。
[0008]根據本發明構思的示例性實施例，半導體裝置提供如下。第一半導體裸片包括第一熱電元件。第二半導體裸片設置在第一半導體裸片上并具有第一區域和第二區域。第一熱電元件包括:第一半導體納米線，沿第一方向延伸并包括第一雜質；以及第二半導體納米線，沿第一方向延伸并包括與第一雜質不同的第二雜質。第一熱電元件還包括:第一電極，連接到第一半導體納米線的第一端和第二半導體納米線的第一端，并且設置在第二半導體裸片的第一區域上；第二電極，連接到第一半導體納米線的第二端；以及第三電極，連接到第二半導體納米線的第二端。第二電極和第三電極設置在第二半導體裸片的第二區域上。
[0009]根據本發明構思的示例性實施例，半導體裝置提供如下。半導體基底包括第一區域和第二區域。在半導體裝置的運行中，第一區域的溫度比第二區域的溫度高。片內熱電元件設置在半導體基底中。第一熱電元件包括:第一半導體納米線，沿第一方向延伸并包括第一雜質；以及第二半導體納米線，沿第一方向延伸并包括與第一雜質不同的第二雜質。第一熱電元件還包括:第一電極，連接到第一半導體納米線的第一端和第二半導體納米線的第一端；第二電極，連接到第一半導體納米線的第二端；以及第三電極，連接到第二半導體納米線的第二端。第一電極設置在第一區域中，第二電極和第三電極設置在第二區域中。
[0010]根據本發明構思的示例性實施例，半導體裝置提供如下。根據半導體裝置的溫度分布，半導體裝置包括第一區域、第二區域和第三區域。熱電元件包括第一電極、第二電極和第三電極。第一電極設置在第一區域上，第二電極和第三電極設置在第二區域上。熱電元件包括將第一電極電連接到第二電極的第一半導體納米線以及將第一電極電連接到第三電極的第二半導體納米線。第一半導體納米線和第二半導體納米線設置在第三區域上。
【附圖說明】
[0011]通過參照附圖詳細地描述發明構思的示例性實施例，發明構思的這些和其他特征將變得更加明了，在附圖中:
[0012]圖1A和圖1B是示出根據本發明構思的示例性實施例的熱電元件的圖；
[0013]圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是用于示出根據本發明構思的示例性實施例的制造熱電元件的方法的剖視圖；
[0014]圖3A和圖3B是用于示出根據本發明構思的示例性實施例的圖1A和圖1B的熱電元件的操作的圖；
[0015]圖4是示出根據本發明構思的示例性實施例的熱電元件的平面圖；
[0016]圖5A和圖5B是示出根據本發明構思的示例性實施例的熱電元件的圖；
[0017]圖6A和圖6B是用于示出根據本發明構思的示例性實施例的制造熱電元件的方法的剖視圖；
[0018]圖7是示出根據本發明構思的示例性實施例的熱電元件的平面圖；
[0019]圖8A和圖8B是示出根據本發明構思的示例性實施例的半導體裝置的圖；
[0020]圖9A和圖9B是用于示出根據本發明構思的示例性實施例的圖8A和圖8B的半導體裝置的操作的圖；
[0021]圖10是示出包括在根據本發明構思的示例性實施例的半導體裝置中的控制器的框圖；
[0022]圖11A和圖11B是用于示出根據本發明構思的示例性實施例的圖10的控制器的操作的流程圖；
[0023]圖12、圖13和圖14是用于示出包括在根據本發明構思的示例性實施例的圖8A和圖8B的半導體裝置中的熱電元件的電連接的圖；
[0024]圖15A和圖15B是示出根據本發明構思的示例性實施例的半導體裝置的圖；
[0025]圖16是示出根據本發明構思的示例性實施例的半導體裝置的平面圖；
[0026]圖17是根據本發明構思的示例性實施例的存儲系統的框圖；
[0027]圖18是根據本發明構思的示例性實施例的顯示系統的框圖；
[0028]圖19是根據本發明構思的示例性實施例的圖像傳感器系統的框圖；
[0029]圖20是根據本發明構思的示例性實施例的移動系統的框圖；
[0030]圖21是根據本發明構思的示例性實施例的計算系統的框圖。
【具體實施方式】
[0031]將在下面參照附圖詳細地描述發明構思的示例性實施例。然而，發明構思可以以不同形式實現，并且不應被解釋為局限于在此闡述的實施例。在附圖中，為了清楚起見，可以夸大層和區域的厚度。還將理解的是，當元件稱為“在”另一元件或基底“上”時，該元件可以直接在所述另一元件或基底上，或者還可以存在中間層。還將理解的是，當元件稱為“結合到”或“連接到”另一元件時，該元件可以直接結合到或直接連接到所述另一元件，或者還可以存在中間元件。在整個說明書和附圖中，同樣的附圖標記可以指示同樣的元件。
[0032]圖1A和圖1B是示出根據示例性實施例的熱電元件的圖。圖1A是熱電元件的平面圖。圖1B是沿著圖1A的線1-1’截取的熱電元件的剖視圖。
[0033]參照圖1A和圖1B，熱電元件100包括半導體基底101 (SSUB1)、多個第一半導體鰭結構110、多個第二半導體鰭結構120、多條第一半導體納米線130 (N11)、多條第二半導體納米線140 (P11)、第一電極150 (E11)、第二電極160 (E12)以及第三電極170 (E13)。熱電元件100還可以包括第一阱區105(WELL1)、第一絕緣層180 (IL1)和第二絕緣層190 (IL2)。
[0034]多個第一半導體鰭結構110和多個第二半導體鰭結構120均形成為從半導體基底101突出并沿第一方向D1延伸。多個第一半導體鰭結構110可以布置在與第一方向D1交叉(例如，基本垂直)的第二方向D2上，多個第二半導體鰭結構120可以布置在第二方向D2上。第二半導體鰭結構120可以與第一半導體鰭結構110分開。第一半導體鰭結構110可以彼此分開，第二半導體鰭結構120可以彼此分開。
[0035]多條第一半導體納米線130形成在多個第一半導體鰭結構110上。例如，每條第一半導體納米線130可以形成在多個第一半導體鰭結構110中對應的一個第一半導體鰭結構110上。第一半導體納米線130包括第一雜質。例如，第一雜質可以是N型雜質。類似于第一半導體鰭結構110，每條第一半導體納米線130可以沿第一方向D1延伸，多條第一半導體納米線130可以布置在第二方向D2上。
[0036]多條第二半導體納米線140形成在多個第二半導體鰭結構120上。例如，每條第二半導體納米線140可以形成在多個第二半導體鰭結構120中對應的一個第二半導體鰭結構120上。第二半導體納米線140包括與第一雜質不同的第二雜質。例如，第二雜質可以是P型雜質。類似于第二半導體鰭結構120，每條第二半導體納米線140可以沿第一方向D1延伸，多條第二半導體納米線140可以布置在第二方向D2上。
[0037]在一些示例性實施例中，第一半導體鰭結構110和第二半導體鰭結構120均可以以直線形狀沿第一方向D1延伸，因此第一半導體納米線130和第二半導體納米線140也均可以以直線形狀沿第一方向D1延伸。
[0038]如圖1A中所示，第一半導體納米線130的第一端可以彼此連接，第一半導體納米線130的第二端可以彼此連接。例如，第二半導體納米線140的第一端可以彼此連接，第二半導體納米線140的第二端可以彼此連接。
[0039]第一電極150連接到第一半導體納米線130的第一端和第二半導體納米線140的第一端。第二電極160連接到第一半導體納米線130的第二端。第三電極170連接到第二半導體納米線140的第二端。第一電極150、第二電極160和第三電極170可以形成在第二絕緣層190上。第一電極150可以稱為共電極，使得第一半導體納米線130和第二半導體納米線140通過第一電極150而彼此共同地且電地連接。
[0040]在一些示例性實施例中，半導體基底101可以包括第一區域和與第一區域分開的第二區域。第一電極150可以設置在半導體基底101的第一區域中，第二電極160和第三電極170可以設置在半導體基底101的第二區域中。例如，第二區域可以在半導體基底101內距第一區域最遠。如將在下面參照圖3A和圖3B描述的，可以通過第二電極160和第三電極170向熱電元件100施加電壓以執行水平熱分布操作，或者可以將負載連接到熱電元件100 (例如，連接在第二電極160和第三電極170之間)以執行能量產生操作。
[0041]第一阱區105可以在半導體基底101內形成在第二半導體鰭結構120下面。
[0042]在一些示例性實施例中，第一阱區105和第二半導體鰭結構120可以分別包括第一雜質。半導體基底101和第一半導體鰭結構110可以分別包括第二雜質。例如，第一講區105、第二半導體鰭結構120和第一半導體納米線130可以包括相同類型(例如，N型)的雜質。半導體基底101、第一半導體鰭結構110和第二半導體納米線140可以包括相同類型(例如，P型)的雜質。
[0043]在一些示例性實施例中，第一半導體納米線130的摻雜濃度可以分別高于第一阱區105的摻雜濃度和第二半導體鰭結構120的摻雜濃度。第二半導體納米線140的摻雜濃度可以分別高于半導體基底101的摻雜濃度和第一半導體鰭結構110的摻雜濃度。例如，第一阱區105和第二半導體鰭結構120可以分別為N型區，第一半導體納米線130可以為(N+)型區。半導體基底101和第一半導體鰭結構110可以分別為P型區，第二半導體納米線140可以為(P+)型區。
[0044]第一絕緣層180可以在半導體基底101上形成在第一半導體鰭結構110和第二半導體鰭結構120之間。第二絕緣層190可以在第一絕緣層180上形成在第一半導體納米線130和第二半導體納米線140之間。
[0045]圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是用于示出制造根據示例性實