[實用新型]IGBT背面集電極結構

有效

• 申請號: 201320013251.4
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN203013730U
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 陳宏;朱陽軍;盧爍今;吳凱
• 申請（專利權）人: 江蘇物聯網研究發展中心;中國科學院微電子研究所;江蘇中科君芯科技有限公司
• 主分類號: H01L29/417
• 分類號: H01L29/417
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術領域

本實用新型涉及一種電子元件的結構，尤其是一種IGBT背面集電極結構。

背景技術

IGBT：絕緣柵型雙極晶體管的首字母簡稱，一種壓控型功率器件，作為高壓開關被普遍應用。通常按照電場在漂移區內耗盡情況，分為穿通型和非穿通型，后隨工藝發展又出現場截止型。如圖1所示，為非穿通型（NPT）器件，其芯片設計厚度較厚，導致器件的飽和導通壓降Vce(sat)較高，而且在器件關斷時，存在載流子復合過程，關斷時間較長，器件的動、靜態性能都較差。如圖2所示，為場截止型（FS）器件，由于在芯片設計中引入N+緩沖層（圖2中的附圖標記601所示）來截止電場，芯片設計厚度較薄，器件的Vce(sat)及開關性能均要優于NPT器件。目前由于其綜合性能較好，場截止型IGBT正在逐步替代傳統NPT型IGBT。但是傳統的場截止型IGBT也有一些弱點，比如抗短路能力要比NPT型器件差，Vce(sat)雖然也是正溫度系數，但是不如NPT型器件優異，不太適用于并聯應用。

發明內容

本實用新型的目的是補充現有技術中存在的不足，提供一種IGBT背面集電極結構，對于傳統的場截止型IGBT的集電極結構進行了改進。采用了本結構的IGBT，一方面保留了普通FS型器件的優點，器件的動靜態性能很好。同時，由于背面N+型緩沖層是凹凸分布，可以通過控制注入效率，進一步優化器件的動靜態性能，另外，該設計可以提高器件的抗短路能力，改善Vce(sat)與溫度的關系，使Vce(sat)為較強烈的正溫度系數，更適用于并聯應用。本實用新型采用的技術方案是：

一種IGBT背面集電極結構，包括N-型基區，還包括在N-型基區的背面形成的N+型緩沖層和P+型集電極層，所述N+型緩沖層的表面包括陣列式的島狀凸起部以及島狀凸起部之間的凹下部；P+型集電極層位于N+型緩沖層的島狀凸起部以及島狀凸起部之間的凹下部的表層。

所述N+型緩沖層的陣列式的島狀凸起部和島狀凸起部之間的凹下部的面積比例能夠根據IGBT器件的需要而調節設定。

本實用新型的優點：1.背面的N+型緩沖層可以承受很強的耐壓，可以用于超高壓IGBT的電場截止層，或者降低同樣耐壓器件的厚度，提升綜合性能。2.可以通過控制N+型緩沖層的陣列式的島狀凸起部和島狀凸起部之間的凹下部的面積比例，有效的控制器件的注入效率，從而來優化調節器件的動靜態性能。3.器件的抗短路能力較好，同時也更適合于并聯應用。

附圖說明

圖1為非穿通型IGBT結構圖。

圖2為場截止型IGBT結構圖。

圖3為本實用新型的襯底材料示意圖。

圖4為本實用新型的正面N+型層和背面的N+型層示意圖。

圖5為本實用新型的N+型緩沖層示意圖。

圖6為本實用新型的IGBT正面結構示意圖。

圖7為本實用新型的IGBT正面結構和背面的P+型集電極層示意圖。

圖8為本實用新型的IGBT背面的P+型集電極層示意圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

如圖7、圖8所示：

一種IGBT背面集電極結構，包括N-型基區5，還包括在N-型基區5的背面形成的N+型緩沖層6和P+型集電極層7，所述N+型緩沖層6的表面包括陣列式的島狀凸起部以及島狀凸起部之間的凹下部；P+型集電極層7位于N+型緩沖層6的島狀凸起部以及島狀凸起部之間的凹下部的表層。

所述N+型緩沖層6的陣列式的島狀凸起部和島狀凸起部之間的凹下部的面積比例能夠根據IGBT器件的需要而調節設定。

通常IGBT器件的制備包括正面工藝和背面工藝，然后在N-型基區上形成IGBT正面結構和IGBT背面結構（主要是指IGBT背面集電極結構）。本實用新型的IGBT正面結構和傳統的場截止型IGBT相同，本實用新型主要對IGBT背面集電極結構做了改進，以改善傳統的場截止型IGBT的性能。

如圖7所示，IGBT正面結構包括發射極金屬層1、氧化層2、多晶硅柵極3、正面N+型層4、N+源區8、P+阱區9。IGBT背面結構包含在N-型基區5的背面形成的N+型緩沖層6和P+型集電極層7。本實用新型的N+型緩沖層6和P+型集電極層7的形狀經過優化改進設計。

下面結合圖3至圖8說明本IGBT背面集電極結構的制備方法。

(a)首先根據設計目標選取合適的襯底材料，作為N-型基區5的材料；如圖3所示，將未減薄的N-型硅圓片作為襯底材料；