[發明專利]一種半導體功率器件的背面結構

有效

• 申請號: 201410545423.1
• 申請日: 2014-10-13
• 公開（公告）號: CN105489636B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 蘇冠創
• 申請（專利權）人: 南京勵盛半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/36;H01L21/265;H01L21/266
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種半導體功率器件的背面結構，器件的背面包括以下特征：半導體背面有一N型緩沖層，深度大于1.5μm，摻雜濃度為1×10¹⁶/cm³；靠近背面有一集電結P型層，深度小于1μm，摻雜濃度為1×10¹⁷/cm³；靠近背面至少有一N+區從表面電極連接至N型緩沖層，寬度為70μm，摻雜濃度為6×10¹⁹/cm³；在背面至少有一部分寬度大于100μm的集電結P型層內沒有N+區，在P型層內至少有一P+區連接至表面電極，其寬度為70μm，摻雜濃度為6×10¹⁹/cm³，與半導體背面接觸為金屬集電極。

技術領域：

本發明是涉及一種半導體功率器件的結構，更具體地說是涉及一種半導體功率器件的硅片的背面結構。

背景技術：

晶閘管的商品化是由美國通用電氣公司(GE)于1956年實現的。自此，晶閘管迅速成為電力電子領域的主要核心開關。由晶閘管結構派生出很多不同的器件結構。器件性能越來越好，功率水平越來越高。早期的晶閘管功率在幾百瓦左右，到80年代初期，已經發展至兆瓦級。然而，晶閘管本身的結構限制了它的工作頻率。晶閘管的工作頻率一般低于5KHz，這大大限制了它的應用。80年代初期，出現了多種高頻柵控功率器件，并得到了迅速發展。這些器件包括(i)功率MOS管，(ii)IGBT，(iii)SIT，(iv)MCT和(v)MGT等等，于90年代末，透明集電結穿通型IGBT開始投產，從那時起，IGBT迅速發展，并主導了中等功率范圍的市場，以下以IGBT為例作說明。

1980年，美國RCA公司申請了第一個IGBT專利，1985年日本東芝公司做出了第一個工業用IGBT。從器件的物理結構上來說，它是非透明集電極穿通型IGBT，簡稱為穿通型IGBT(Punchthrough IGBT-縮寫為PT-IGBT)。PT-IGBT是制造在外延硅片上，一般是在P⁺襯底上生長一層N型緩沖區，然后再長一N^-區，要制造1200V耐壓器件，便需要生長一N型緩沖區，摻雜濃度約為1×10¹⁷/cm³，厚度約為10μm，然后再生長一外延層厚度約為110μm，摻雜濃度約為5×10¹³/cm³至1×10¹⁴/cm³的N^-區，這是相當厚的外延層。若要制造耐壓更高的PT-IGBT，如耐壓為2500V或3300V，則N^-區需要更厚和更高的電阻率。生長這樣規格的外延，技術上有困難，而且成本會急劇增高，所以，PT-IGBT一般只適用于耐壓為400V至1200V范圍內。

早期的PT-IGBT的關斷時間相對很長，約有數微秒，為了減短關斷時間，提高開關速度，于90年代后，一般都引用高能粒子輻照技術(如電子輻照，氫離子或氦離子輻照等)減小器件中過剩載流子壽命。這種方法能提高PT-IGBT的開關速度，但會使通態電壓降為負溫度系數。即在導通狀態下，如果保持流經集電極電流不變，則集電極至發電極之間的電壓差會隨溫度升高而降低。在應用時，假如器件某處局部溫度較高，則會有更多導通電流流經該處，這會使該處溫度變得更高，從而有可能使器件進入一個正反饋狀態，最后把器件燒毀，這電壓降為負溫度系數是PT-IGBT的一個性能缺陷。