CN103066120A - 绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种绝缘栅型双极晶体管的背面集电极结构，所述绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，它包括硅衬底层与集电极金属层，在硅衬底层的背面具有呈间隔分布的高浓度注入区与低浓度注入区，且高浓度注入区对应位置的硅衬底层的厚度小于低浓度注入区对应位置的硅衬底层的厚度。本发明通过高浓度注入区与低浓度注入区间隔分布，可以有效降低背面集电极的注入效率，提高器件的开关性能；本发明对于薄片、超薄片工艺来说，提高了芯片的平均厚度，可以减小碎片的风险。

Description

绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构
技术领域
本发明属于压控型功率器件技术领域，本发明尤其是涉及一种绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构。
背景技术
IGBT：绝缘栅型双极晶体管的首字母简称，一种压控型功率器件，作为高压开关被普遍应用。通常按照电场在漂移区内耗尽情况，分为PT-IGBT和NPT-IGBT，FS-IGBT严格来说属于PT-IGBT的一种，但是由于与传统的PT-IGBT工艺差距很大，一般单独列出。
在普通的IGBT中，芯片各个部分厚度一样，背面集电极通常只是通过P型（例如B）注入形成，然后通过低温退火激活，形成浓度均匀的P+层。在本发明中，根据其载流子机理不同，对背面进行刻蚀，同时对背面进行不均匀注入，使P+/P-间隔分布，以提高器件的动静态性能。
在常规的IGBT制备工艺中，首先是正面工艺，包括氧化、离子注入、曝光、淀积和刻蚀等形成正面的PN结、栅电极和发射极图形。然后是背面的减薄工艺。依照器件的结构和应用的电压等级的不同，最终减薄之后的厚度也各不相同。对于NPT-IGBT通常是进行P型离子注入（例如B离子）并退火形成集电极，对于FS-IGBT，在P型离子注入之前，还有一次N型（例如P离子）注入形成N+缓冲层。
在专利US 2005/0227461 A1中，提出采用激光退火或者刻蚀的方法，形成P+/P-的浓度分布，以降低背面P+的注入效率，以改善其开关性能。
在专利US2002/0137264 A1中，提出了一种薄片IGBT的工艺方法，只对IGBT芯片的有源区下方进行减薄，此工艺方法可以改善在薄片工艺中易碎片的风险，同时也能够改善IGBT的性能。
IGBT的导通电压和关断时间是其最重要的参数，N型基区中等离子体的建立主要靠背面集电极和衬底形成的PN结的空穴注入和正面DMOS沟道的电子注入。保证较大浓度的空穴及电子注入，可以有效的降低导通压降。然而在关断时，残留在漂移区的电子空穴通过复合消失，过多的电子空穴容易降低器件的开关速度。因此必须在导通压降及开关速度之间进行折中。
在专利US 2005/0227461中，虽然提及采用不同的方法形成P+/P-分布，通过这种方法进行降低背面注入效率，以减少背面集电极空穴的有效注入，虽然可以提高开关速度，但是对器件的导通压降却是不利的影响。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可以有效的提高器件的开关速度、降低器件的导通损耗的绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构。
按照本发明提供的技术方案，所述绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，它包括硅衬底层与集电极金属层，在硅衬底层的背面具有呈间隔分布的高浓度注入区与低浓度注入区，且高浓度注入区对应位置的硅衬底层的厚度小于低浓度注入区对应位置的硅衬底层的厚度。
在硅衬底层与集电极金属层之间设有缓冲层。
本发明通过高浓度注入区与低浓度注入区间隔分布，可以有效降低背面集电极的注入效率，提高器件的开关性能；本发明对于薄片、超薄片工艺来说，提高了芯片的平均厚度，可以减小碎片的风险。
附图说明
图1是传统NPT-IGBT结构图。
图2是本发明实施例1的结构图。
图3是本发明实施例2的结构图。
图4是本发明实施例3的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
传统的NPT-IGBT如图1所示，在硅衬底层1的背面设有集电极层6，在集电极层6的背面设有集电极金属层。从图1可以看出，集电极层6的厚度是一致的。
实施例1
一种绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，它包括硅衬底层1与集电极金属层2，在硅衬底层1的背面具有呈间隔分布的高浓度注入区3与低浓度注入区4，且高浓度注入区3对应位置的硅衬底层1的厚度小于低浓度注入区4对应位置的硅衬底层1的厚度。
如图2所示，根据正面结构，对背面进行刻蚀并形成不同的注入分布。对于正面P+区域注入的正下方，通过刻蚀，使其比其他地方略薄，厚度根据实际情况确定。对于JFET区域下方，不进行处理或者通过外延方法，使其厚度比其他位置略厚，厚度情况根据实际情况确定。对背面进行P型注入(例如硼注入)，其中对于P+区域下方进行高浓度的注入，形成高浓度注入区3；对JFET下方进行稍低浓度的注入，然后同时进行退火，形成低浓度注入区4，使其形成不同的浓度分布。或者对背面进行相同浓度的注入，使用不同的退火手段（如激光退火），加大对正面P+下方的退火条件，形成高浓度注入区3，其他区域则形成低浓度注入区4，提高其激活率以实现不同的浓度分布。
实施例2
一种绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，它包括硅衬底层1与集电极金属层2，在硅衬底层1的背面具有呈间隔分布的高浓度注入区3与低浓度注入区4，且高浓度注入区3对应位置的硅衬底层1的厚度小于低浓度注入区4对应位置的硅衬底层1的厚度，在硅衬底层1与集电极金属层2之间设有缓冲层5。
对于PT型IGBT的集电极背面结构以及FS型IGBT的集电极背面结构，如图3所示。
实施例3
一种绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，它包括硅衬底层1与集电极金属层2，在硅衬底层1的背面具有呈间隔分布的高浓度注入区3与低浓度注入区4，且高浓度注入区3对应位置的硅衬底层1的厚度小于低浓度注入区4对应位置的硅衬底层1的厚度。
对于正面是沟槽型的结构IGBT的集电极背面结构，如图4所示。
实施例4
对于Trench-FS型IGBT器件，其正面结构如图4的AA`线上方所示，其背面结构如图3的AA`线下方所示。
本发明的技术方案可适用于PT型、NPT型或者FS型等不同结构的IGBT器件，尤其适用于高压NPT型IGBT器件。

Claims (2)

1.一种绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，它包括硅衬底层（1）与集电极金属层（2），其特征是：在硅衬底层（1）的背面具有呈间隔分布的高浓度注入区（3）与低浓度注入区（4），且高浓度注入区（3）对应位置的硅衬底层（1）的厚度小于低浓度注入区（4）对应位置的硅衬底层（1）的厚度。
2.如权利要求1所述的绝缘栅型双极晶体管的集电极背面结构，其特征是：在硅衬底层（1）与集电极金属层（2）之间设有缓冲层（5）。
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