场效晶体管结构及其制造方法、芯片装置制造方法及图纸

本申请涉及一种场效晶体管结构及其制造方法、芯片装置，晶体管包括位于底部的漏极外延层、位于顶部的源极层、嵌入于漏极外延层内的源极延伸倒鳍与柵极以及位于背面上的漏极金属层；柵极排列在源极延伸倒鳍之间，柵极两侧形成有成对由源极层至漏极外延层内部并联的对称型沟道，所述背面规则形成有若干供漏极金属层嵌入的第四沟槽；优选示例中，柵极两侧的沟道上方还形成有成对由源极层至漏极外延层并联的对称型领域电阻；优选示例中，漏极外延层在对应源极延伸倒鳍的底部部位形成屏蔽栅底部浮空反极型柱底结。本发明专利技术有利于衬底背面漏极与顶面源极电子流均匀到达漏极金属层的各个区域，并避免漏极金属层与漏极衬底发生切割剥离。切割剥离。切割剥离。

【技术实现步骤摘要】
场效晶体管结构及其制造方法、芯片装置
[0001]本专利技术的优先权基础包括：申请号202110414351.7、申请日2021.04.16、专利名称为“场效晶体管结构及其制造方法、芯片装置”的专利技术申请案。


[0002]本申请涉及半导体晶体管的领域，尤其是涉及一种场效晶体管结构及其制造方法、芯片装置。

技术介绍

[0003]场效晶体管结构作为半导体芯片的关键重要器件，目前已有多种结构，主要包括有以下几类:FinFET鳍式场效晶体管、JFET结型场效晶体管、面场效晶体管、穿隧式场效晶体管槽栅场效应管、分裂栅场效应管以及超级结场效应管。其中FinFET鳍式场效晶体管、JFET结型场效晶体管、面场效晶体管以及穿隧式场效晶体管结构都是将源极接点与漏极接点设计在半导体衬底的同一表面，随着晶圆薄化与器件微小化的趋势发展，由晶圆背面漏电流的问题会越来越是一个需要面对与克服的难题。其中，JFET结型场效应晶体管与穿隧式场效晶体管，由于将沟道层设计在半导体衬底的有源区内，漏电流的问题比较严重，FinFET鳍式晶体管是将沟道层以额外沉积的方式设计在突出鳍状的柵极上，源极的电子通过有源区内的沟道层到达漏极衬底，并最终抵达在漏极金属层上。虽然漏电流的问题相对较轻，但是在切割时容易发生漏极衬底和漏极金属层相剥离的问题。

技术实现思路

[0004]为了解决场效晶体管的源极电子流分布不均、工艺中容易发生切割剥离的问题，本申请提供一种场效晶体管结构及其制造方法、芯片装置。
[0005]第一方面，本申请提供的一种场效晶体管结构，采用如下的技术方案：一种场效晶体管结构，包括：漏极衬底，具有由漏极外延层提供的处理表面与对应的背面，由所述处理表面形成有相互平行的第一沟槽，所述第一沟槽的内壁绝缘处理，所述第一沟槽内设置源极延伸倒鳍，所述第一沟槽的深度不超过所述漏极外延层的厚度；由所述背面形成有第四沟槽，所述第四沟槽的深度不延伸至所述漏极外延层；漏极金属层，形成于所述背面上，还一体延伸形成于所述第四沟槽内，以导通所述漏极衬底，并所述漏极金属层的外表面形成有对准所述第四沟槽的凹陷；有源层，形成于所述漏极外延层中，由所述有源层形成有位于所述第一沟槽之间的第二沟槽，所述第二沟槽的内壁绝缘处理，所述第二沟槽内设置柵极，所述第二沟槽的第二深度足以贯穿所述有源层但小于所述第一沟槽的第一深度；源极层，形成于处理表面上并导通所述源极延伸倒鳍，所述有源层的反型层注入厚度方向定义场效晶体管的沟道长度。
[0006]通过采用上述技术方案，使所述源极延伸倒鳍具有电子流隔离柵的作用；源极层
在所述第一沟槽的两侧导通所述有源层，所述有源层沿着的柵极绝缘处理的两侧轮廓可导通至所述漏极衬底，故能实现以所述有源层的反型层注入厚度方向定义场效晶体管的沟道长度，具体是柵极绝缘处理的每一侧轮廓都能规划出一个晶体管沟道，由于柵极埋入深度突破所述有源层到达所述漏极外延层的内部，在埋入式柵极两侧形成相对于处理表面竖立向且并联的平行沟道；而且漏极衬底的背面可作为漏极垫的接触，电子流的移动是由处理表面到漏极外延层的背面，过程中是经过了第一沟槽的两侧分流以及柵极绝缘处理的其中一侧沟道的半柵极开通，在源极延伸倒鳍的分流与隔离柵的场效应下分散在漏极衬底的背面，实现了两个相邻源极分路下的两个半柵晶体管两侧沟道导通在漏极衬底的背面与源极延伸倒鳍之间，使原本衬底背面漏电流的缺陷转换成有益与有意义的漏极输出，并且避免了电子流如熔丝效应集中于漏极衬底的背面的局部区域。
[0007]此外，利用源极层与源极延伸倒鳍制程上分离设计与结构上导通，工艺上源极层只需要填充具有较大宽度的第一沟槽，而不需要填入具有较小宽度的第一沟槽，源极延伸倒鳍的材质选择具有更多自由度，以克服工艺填孔填槽的困难、提高与漏极外延层的热膨胀适配度以及减少对漏极外延层的金属扩散效应。
[0008]另外，由于漏极金属层形成于第四沟槽内，增大了漏极金属层与漏极衬底的连接能力，从而降低晶面切割过程中发生漏极金属层与漏极衬底的相互剥离的风险。此外，第四沟槽将漏极衬底划分为若干个相互分离的区域，从而减少相邻区域中的电子朝向某一区域集中而导致熔丝效应的发生。同时，凹陷有利于后期加工时作为焊点，提高焊件与漏极金属层的连接能力。
[0009]可选的，所述漏极外延层在对应所述第一沟槽底部的部位还形成有深植入区，以形成屏蔽栅底部浮空反极型柱底结。
[0010]通过采用上述技术方案，利用屏蔽栅底部浮空反极型柱底结由所述源极延伸倒鳍的底部透出，以增加浮空反极型柱对临近的极型柱的电荷平衡，在制作上可以减少所述第一沟槽的深度和底部绝缘层厚度，也有利于所述源极延伸倒鳍的填充形成。
[0011]可选的，所述漏极外延层在对应所述第二沟槽底部的部位还形成有植入区，以形成栅下浮空反极型结。
[0012]可选的，所述第四沟槽对位于所述第一沟槽，所述第四沟槽在朝向所述处理表面的生长过程中不延伸至所述深植入区；其中，所述背面翻转后形成所述第四沟槽所使用的掩膜和光刻蚀方法与所述处理表面形成所述第一沟槽所使用的掩膜和光刻蚀方法相同。
[0013]通过采用上述技术方案，利用栅下浮空反极型结由所述柵极的底部透出，避免柵极绝缘层底部受到底部集中电场的破环，使柵极绝缘层可靠性提升，同时避免底部栅氧电场集中导致的击穿耐压降低。同时，由于第一沟槽与第四沟槽相对位，因此源极延伸倒鳍与漏极金属层的位置相对靠近，通过在植入区形成栅下浮空反极型结，能够有效地防止源极延伸倒鳍对漏极金属层产生击穿。
[0014]背面翻转后形成所述第四沟槽所使用的掩膜和光刻蚀方法与所述处理表面形成所述第一沟槽所使用的掩膜和光刻蚀方法相同，因此，在生产过程中无须额外多设计一套掩膜和光刻蚀流程，在将晶圆翻转后即可直接重复形成所述第一沟槽的操作，有利于成本的节约且减少工艺复杂度。
[0015]可选的，所述第四沟槽在所述背面呈并排分布。
[0016]通过采用上述技术方案，另外，由于第一沟槽与第四沟槽相对位，将会使得第四沟槽将漏极衬底划分为若干个区域，且第四沟槽将这些区域彼此隔开，因此经过沟道层进入漏极外延层并扩散的电子将会进一步地分别限制在各个区域内，避免在大电流发生扩散后重新聚集在漏极金属层的某点上而导致过流。
[0017]可选的，所述第四沟槽在所述背面呈棋盘状交错分布。
[0018]可选的，所述第四沟槽在所述背面呈网格状交错分布。
[0019]通过采用上述技术方案，第四沟槽将漏极衬底的背面划分为更多区域，以进一步分散抵达漏极金属层的电子。同时，交错分布的第四沟槽能够有效提高漏极金属层与漏极衬底的咬合。
[0020]可选的，所述背面形成若干并排的第一区域，各所述第一区域内的所述第四沟槽呈环状设置并相互嵌套。
[0021]通过采用上述技术方案，第四沟槽将漏极衬底的背面划分为更多区域，以进一步分散抵达漏极金属层的电子。同时，环状嵌套的第四沟槽能够有效提高漏极金属层与漏极衬底的咬合。
[0022]可选的，所述第四沟槽在所述漏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种场效晶体管结构，其特征在于，包括：漏极衬底(1)，具有由漏极外延层(10)提供的处理表面(11)与对应的背面(12)，由所述处理表面(11)形成有相互平行的第一沟槽(13)，所述第一沟槽(13)的内壁绝缘处理，所述第一沟槽(13)内设置源极延伸倒鳍(20)，所述第一沟槽(13)的深度不超过所述漏极外延层(10)的厚度；由所述背面(12)形成有第四沟槽(18)，所述第四沟槽(18)的深度不延伸至所述漏极外延层(10)；漏极金属层(16)，形成于所述背面(12)上，还一体延伸形成于所述第四沟槽(18)内，以导通所述漏极衬底(1)，并所述漏极金属层(16)的外表面形成有对准所述第四沟槽(18)的凹陷；有源层(30)，形成于所述漏极外延层(10)中，由所述有源层(30)形成有位于所述第一沟槽(13)之间的第二沟槽(31)，所述第二沟槽(31)的内壁绝缘处理，所述第二沟槽(31)内设置柵极(40)，所述第二沟槽(31)的第二深度足以贯穿所述有源层(30)但小于所述第一沟槽(13)的第一深度；源极层(60)，形成于处理表面(11)上并导通所述源极延伸倒鳍(20)，所述有源层(30)的反型层注入厚度方向定义场效晶体管的沟道长度。2.根据权利要求1所述的场效晶体管结构，其特征在于，所述漏极外延层(10)在对应所述第一沟槽(13)底部的部位还形成有深植入区，以形成屏蔽栅底部浮空反极型柱底结(70)；和/或，所述第四沟槽(18)对位于所述第一沟槽(13)，所述第四沟槽(18)在朝向所述处理表面(11)的生长过程中不延伸至所述深植入区，其中，所述背面(12)翻转后形成所述第四沟槽(18)所使用的掩膜和光刻蚀方法与所述处理表面(11)形成所述第一沟槽(13)所使用的掩膜和光刻蚀方法相同；和/或，所述第四沟槽(18)在所述背面(12)呈并排分布；和/或，所述第四沟槽(18)在所述背面(12)呈棋盘状交错分布；和/或，所述第四沟槽(18)在所述背面(12)呈网格状交错分布；和/或，所述背面(12)形成若干并排的第一区域，各所述第一区域内的所述第四沟槽(18)呈环状设置并相互嵌套。3.根据权利要求1所述的场效晶体管结构，其特征在于，所述第四沟槽(18)在所述漏极衬底(1)内形成有宽度扩大的凹穴，使所述漏极金属层(16)在所述凹穴的开口处形成嵌埋结构。4.根据权利要求1所述的场效晶体管结构，其特征在于，还包括：内介电层(50)，形成于所述有源层(30)上与所述柵极(40)上，使所述柵极(40)为嵌埋结构；由所述内介电层(50)形成有对准所述第一沟槽(13)的第三沟槽(51)，所述源极层(60)形成于所述第三沟槽(51)内，所述第三沟槽(51)的内壁没有绝缘处理，所述第三沟槽(51)的宽度与深度足以直接侧露所述有源层(30)的边缘及底露出所述源极延伸倒鳍(20)的顶部。5.根据权利要求1所述的场效晶体管结构，其特征在于，所述有源层(30)为多层结构，包括：位于底部的沟道层(32)、位于所述沟道层(32)上的电流平衡层(33)、位于所述电流平衡层(33)上的源极领域层(34)；所述第三沟槽(51)的深度使所述第三沟槽(51)穿过所述源
极领域层(34)与所述电流平衡层(33)。6.根据权利要求1所述的场效晶体管结构，其特征在于，所述第一沟槽(13)的底部经过厚氧化处理，使所述第一沟槽(13)的绝缘厚度在内壁底部大于在内壁侧部；和/或，所述漏极外延层(10)在对应所述第一沟槽(13)底部的部位还形成有深植入区，以形成屏蔽栅底部浮空反极型柱底结(70)；和/或，所述漏极外延层(10)在对应所述第二沟槽(31)底部的部位还形成有植入区，以形成栅下浮空反极型结(80)。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的场效晶体管结构，其特征在于，利用所述柵极(40)的电场效应，来自所述源极层(60)的电子流由所述第三沟槽(51)的侧边分流沿着所述第二沟槽(31)的侧壁轮廓的其中一对称侧移动到所述第一沟槽(13)之间的所述漏极衬底(1)，并经过漏极衬底(1)到达漏极金属层(16)。8.一种场效晶体管结构的制造方法，其特征在于，包括：提供漏极衬底(1)，具有由漏极外延层(10)提供的处理表面(11)与对应的背面(12)，由所述处理表面(11)刻蚀形成相互平行的第一沟槽(13)，由所述背面(12)刻蚀形成与第一沟槽(13)对位的第四沟槽(18)；在所述处理表面(11)与所述第一沟槽(13)内形成第一氧化隔离层(91)，使所述第一沟槽(13)的内壁绝缘处理；以沉淀填充方式在所述第一沟槽(13)内设置源极延伸倒鳍(20)，并去除所述源极延伸倒鳍(20)与所述第一氧化隔离层(91)在所述处理表面(11)上的部位，所述第一沟槽(13)的深度不超过所述漏极外延层(10)的厚度；由所述处理表面(11)刻蚀形成位于所述第一沟槽(13)之间的第二沟槽(31)，所述第二沟槽(31)的第二深度小于所述第一沟槽(13)的第一深度；在所述处理表面(11)与所述第二沟槽(31)内形成第二氧化隔离层(92)，使所述第二沟槽(31)的内壁绝缘处理；以沉淀填充方式在所述第二沟槽(31)内设置柵极(40)；在所述漏极外延层(10)的所述处理表面(11)下以能量注入方式形成有源层(30)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：任炜强，
申请(专利权)人：深圳真茂佳半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：