一种沟槽式MOS器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种沟槽式MOS器件及其制备方法，涉及晶体管加工技术领域。本发明专利技术用于解决衬底多次减薄的操作以及抛光打磨过程中缺少固定键合，增加了衬底翘曲的概率，正面成型结构缺少保护容易受到玷污，耐压性能和抑制尖峰电压、尖峰电流的性能有待提升的技术问题。本发明专利技术沟槽式MOS器件通过在金属电极体下方形成的增强电极层和钛粘结层，减少沟槽底部电场强度的同时有效抑制尖峰电压和尖峰电流；该沟槽式MOS器件加工良率高，成本低，使用时电压电流波动小，性能优异；减薄处理前粘贴耐污保护膜，能够对已经成型的MOS器件主体结构进行隔绝保护，键合胶的临时键合能够将裸片晶圆衬底与厚载体固定，避免抛光打磨过程中产生翘曲。避免抛光打磨过程中产生翘曲。避免抛光打磨过程中产生翘曲。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽式MOS器件及其制备方法


[0001]本专利技术属于晶体管加工
，具体涉及一种沟槽式MOS器件及其制备方法。

技术介绍

[0002] MOS管全称是金属
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氧化物
‑
半导体场效应晶体管或称金属
‑
绝缘体
‑
半导体场效应晶体管，属于场效应管中的绝缘栅型，因此，MOS管有时候又称为绝缘栅场效应管。MOS管的栅极和源极之间是绝缘的，电压产生电场从而导致源极
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漏极电流的产生。此时的栅极电压决定了漏极电流的大小，控制栅极电压的大小就可以控制漏极电流的大小。因此，MOS管是一个由改变电压来控制电流的器件，所以是电压器件， MOS管道输入特性为容性特性，所以输入阻抗极高。
[0003]目前关于沟槽型MOS器件及其制造方法的报道较多，授权公告号CN109004030B的专利从下到上依次包括多晶硅层、氮化硅层、第一外延层和第二外延层的衬底结构、栅介质层、第一介质层、金属电极引出端；解决了现有沟槽型MOS器件因在栅氧生长工艺中晶圆背面的高浓度掺杂多晶硅中的磷往外扩散，导致器件失效的问题。授权公告号CN111276542B的专利采用常规工艺制作出沟槽型MOS器件晶圆正面上所需的结构后，先对沟槽型MOS器件晶圆的背面进行初次减薄至常规减薄厚度，然后在沟槽型MOS器件晶圆正面上形成上表面平坦的阻挡层以保护沟槽型MOS器件晶圆正面上的器件结构，并提供平坦的键合表面，接着，使用承载晶圆键合到阻挡层上，该承载晶圆可以承载初次减薄后的沟槽型MOS器件晶圆，并在进一步对沟槽型MOS器件晶圆的背面进行再次减薄的过程中抵消其中的应力，从而可以在不损坏沟槽型MOS器件晶圆的正面结构的前提下，最终减薄沟槽型MOS器件晶圆的背面至极限的所需厚度。然而研究发现，存在以下技术问题：衬底多次减薄的操作以及抛光打磨过程中缺少固定键合，增加了衬底翘曲的概率，正面成型结构缺少保护容易受到玷污，耐压性能和抑制尖峰电压和尖峰电流的性能有待提升。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种沟槽式MOS器件及其制备方法，用于解决现有技术中衬底多次减薄的操作以及抛光打磨过程中缺少固定键合，增加了衬底翘曲的概率，正面成型结构缺少保护容易受到玷污，耐压性能和抑制尖峰电压和尖峰电流的性能有待提升的技术问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术提供一种沟槽式MOS器件，包括从下到上依次设置的减薄衬底层、氮化硅层、中间衬底层、第一外延层和第二外延层，第二外延层内向下延伸设有多个栅极沟槽，栅极沟槽的内表面下部从外向内依次形成有栅氧化层和多晶硅氧化层，栅极沟槽的内表面上部从外向内依次形成有栅介质层和多晶硅层，栅极沟槽的内部设有贯穿出第二外延层的金属电极体，金属电极体与栅极沟槽的底部之间依次设有增强电极层和钛粘结层，栅氧化层与栅介质层的外部位于第二外延层的上方设有N+源极区层，N+源极区层的上方设有绝缘介
质层，多个填充有金属的接触孔穿过绝缘介质层并延伸至第二外延层，绝缘介质层的上方设有金属区层。
[0006]作为本专利技术进一步优选的方案，所述减薄衬底层由裸片晶圆衬底减薄得到，厚度为10~20μm。
[0007]本专利技术还提供了上述沟槽式MOS器件的制备方法，包括以下步骤：步骤一，选取具有第一导电类型的裸片晶圆衬底，通过外延生长工艺在裸片晶圆衬底的上表面依次形成氮化硅层以及具有第一导电类型的中间衬底层、第一外延层、第二外延层；步骤二，对第二外延层的表面进行光刻和刻蚀，形成多个相互平行的栅极沟槽；步骤三，在栅极沟槽和第二外延层的表面沉积一层二氧化硅形成第一介质层；步骤四，在第一介质层上沉积N型或P型掺杂的导电多晶硅，通过干法刻蚀在栅极沟槽的内表面下部形成栅氧化层和多晶硅氧化层，在栅极沟槽的内表面上部形成栅介质层和多晶硅层；步骤五，将P型杂质离子注入到栅介质层之外的第一介质层内，快速退火处理形成N+源极区层；步骤六，在栅极沟槽的内部区域沉积金属钛粘结剂得到钛粘结层，在钛粘结层的表面沉积氮化钛得到增强电极层，在增强电极层的表面沉积金属钨形成金属电极体；步骤七，如在N+源极区层的上方沉积一层二氧化硅形成第二介质层，通过干法刻蚀形成多个接触孔的凹槽，将金属钨或铜沉积至接触孔的凹槽内；步骤八，在接触孔上方沉积一层与第二介质层齐平的二氧化硅，与剩余的第二介质层形成绝缘介质层；步骤九，在绝缘介质层的上方沉积铜合金得到金属区层；步骤十，粘贴耐污保护膜后在裸片晶圆衬底背面旋涂键合胶与厚载体粘合，真空吸附后通过晶圆减薄抛光机打磨去除裸片晶圆衬底背面需要减薄的区域，形成减薄衬底层；步骤十一，加热去除减薄衬底层背面的键合胶，封装得到沟槽式MOS器件。
[0008]作为本专利技术进一步优选的方案，所述中间衬底层、第一外延层和第二外延层内第一导电类型的掺杂浓度依次降低；第一导电类型的掺杂离子为B、BF、BF2、In中的一种或多种；裸片晶圆衬底的厚度为725μm。
[0009]作为本专利技术进一步优选的方案，步骤十在金属区层的上表面以及氮化硅层、中间衬底层、第一外延层、第二外延层和绝缘介质层的外围、裸片晶圆衬底无需减薄的区域粘贴耐污保护膜。
[0010]作为本专利技术进一步优选的方案，所述耐污保护膜包括从一侧至另一侧依次设置的基材层、抗静电压敏胶层、疏水保护膜层和氟素离型膜层，基材层为双向拉伸聚酯薄膜，其厚度范围为5~15μm；抗静电压敏胶层由以下重量份的成分涂布干燥而成：10~25份聚醚醚酮树脂、0.5~3份含氢硅油、5~10份聚甲基丙烯酸甲酯、0.2~0.6份γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和50~80份乙酸乙酯；疏水保护膜层由以下重量份的成分涂布干燥而成：35~50份水性聚氨酯乳液、2~6份SEBS嵌段共聚物、0.3~0.8份1
‑
羟基环己基苯基甲酮和0.2~0.6份含氢硅油。
[0011]作为本专利技术进一步优选的方案，所述聚醚醚酮树脂的玻璃化转变温度为143℃，熔点为334℃，弯曲强度为145MPa，体积电阻为10
16
Ω
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cm；水性聚氨酯乳液的固含量为31~33%，粘度为20~200mPa
·
s，pH值为7~9。
[0012]作为本专利技术进一步优选的方案，所述键合胶的制备方法包括以下步骤：步骤一，向配备机械搅拌器、冷凝管和滴液漏斗的三口烧瓶内加入六氟双酚a和双酚芴，滴液漏斗滴加氢氧化钠溶液，常温搅拌，滴加完毕后滴加三光气的二氯甲烷溶液，待三光气的二氯甲烷溶液滴加完毕后，加入三乙胺，升温回流反应2~4小时，去离子水洗涤至中性，减压浓缩除去二氯甲烷，丙酮重结晶、干燥至恒重得到白色粉末状的聚碳酸酯树脂；其中，六氟双酚a与双酚芴、三乙胺、氢氧化钠、三光气的摩尔比为3：2：0.6：11：2，氢氧化钠溶液的浓度为10~15wt%，二氯甲烷的用量为三光气质量的3~5倍；聚碳酸酯树脂的合成反应式如下：
[0013]步骤二，按照重量份，将30~42份聚碳酸树脂、6~本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沟槽式MOS器件，其特征在于，包括从下到上依次设置的减薄衬底层（10）、氮化硅层（20）、中间衬底层（30）、第一外延层（40）和第二外延层（50），第二外延层（50）内向下延伸设有多个栅极沟槽（110），栅极沟槽（110）的内表面下部从外向内依次形成有栅氧化层（51）和多晶硅氧化层（52），栅极沟槽（110）的内表面上部从外向内依次形成有栅介质层（53）和多晶硅层（54），栅极沟槽（110）的内部设有贯穿出第二外延层（50）的金属电极体（55），金属电极体（55）与栅极沟槽（110）的底部之间依次设有增强电极层（56）和钛粘结层（57），栅氧化层（51）与栅介质层（53）的外部位于第二外延层（50）的上方设有N+源极区层（60），N+源极区层（60）的上方设有绝缘介质层（70），多个填充有金属的接触孔（80）穿过绝缘介质层（70）并延伸至第二外延层（50），绝缘介质层（70）的上方设有金属区层（90）。2.根据权利要求1所述的一种沟槽式MOS器件，其特征在于，所述减薄衬底层（10）由裸片晶圆衬底减薄得到，厚度为10~20μm。3.一种沟槽式MOS器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，选取具有第一导电类型的裸片晶圆衬底（100），通过外延生长工艺在裸片晶圆衬底（100）的上表面依次形成氮化硅层（20）以及具有第一导电类型的中间衬底层（30）、第一外延层（40）、第二外延层（50）；步骤二，对第二外延层（50）的表面进行光刻和刻蚀，形成多个相互平行的栅极沟槽（110）；步骤三，在栅极沟槽（110）和第二外延层（50）的表面沉积一层二氧化硅形成第一介质层（120）；步骤四，在第一介质层（120）上沉积N型或P型掺杂的导电多晶硅，通过干法刻蚀在栅极沟槽（110）的内表面下部形成栅氧化层（51）和多晶硅氧化层（52），在栅极沟槽（110）的内表面上部形成栅介质层（53）和多晶硅层（54）；步骤五，将P型杂质离子注入到栅介质层（53）之外的第一介质层（120）内，快速退火处理形成N+源极区层（60）；步骤六，在栅极沟槽（110）的内部区域沉积金属钛粘结剂得到钛粘结层（57），在钛粘结层（57）的表面沉积氮化钛得到增强电极层（56），在增强电极层（56）的表面沉积金属钨形成金属电极体（55）；步骤七，如在N+源极区层（60）的上方沉积一层二氧化硅形成第二介质层（130），通过干法刻蚀形成多个接触孔（80）的凹槽，将金属钨或铜沉积至接触孔（80）的凹槽内；步骤八，在接触孔（80）上方沉积一层与第二介质层（130）齐平的二氧化硅，与剩余的第二介质层（130）形成绝缘介质层（70）；步骤九，在绝缘介质层（70）的上方沉积铜合金得到金属区层（90）；步骤十，粘贴耐污保护膜（140）后在裸片晶圆衬底（100）背面旋涂键合胶（150）与厚载体粘合，真空吸附后通过晶圆减薄抛光机打磨去除裸片晶圆衬底（100）背面需...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宝，刘入源，潘欣宇，任春晖，
申请(专利权)人：青岛澳芯瑞能半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：