CN202977426U - 一种逆导型igbt的背面版图布局 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能够同时消除短路集电极型逆导IGBT产生的初次回跳和二次回跳的逆导型IGBT的背面版图布局，属于半导体器件技术领域。该背面版图布局，包括P⁺集电区、N⁺短路区和P⁺引导区，N⁺短路区和P⁺引导区向该逆导型IGBT的正面延伸后与栅极引线键合窗口无交集，其特征在于，P⁺集电区连续。该背面版图布局1）由于引入了P⁺引导区，所以能够消除短路集电极型逆导IGBT的初次回跳；2）由于P⁺集电区连续，使导通区域的扩展过程也是连续渐变的，所以能够避免由于突变性扩展引起的二次回跳。

Description

一种逆导型IGBT的背面版图布局

技术领域

本实用新型涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种能够同时消除短路集电极型逆导IGBT产生的初次回跳和二次回跳的逆导型IGBT的背面版图布局。

背景技术

现有技术中，有一种短路集电极型逆导IGBT，附图1为短路集电极型逆导IGBT的局部结构示意图，从附图1可以看出，该IGBT是在P⁺集电区04加入N⁺短路区03，直接将N⁺缓冲层02通过N⁺短路区03连接到背面金属上，使P⁺区、P^-基区、N^-漂移区01、N⁺短路区03形成逆导通道。但是，这样形成的短路集电极型逆导IGBT在导通初期，电流密度很小，反偏电压V_CE很小，但是，当反偏电压V_CE大于一特定值V_P时，反偏电压V_CE会陡降，电流密度则陡增，附图2短路集电极型逆导IGBT的“集电极-发射极电流—集电极-发射极电压”特性曲线，在附图2上出现一大段负阻区，即短路集电极型逆导IGBT存在回跳。

产生回跳的原理如下：在该IGBT导通初期，电子流的流动示意图如图3A所示，电子从沟道注入N^-漂移区01，几乎是垂直流向P⁺集电区04的，当电子流经N⁺缓冲层02后，电子流汇集到N⁺短路区03后流出器件，在P⁺集电区04上方，电子是横向流到N⁺短路区03的，如图3C所示，从P⁺集电区04边缘到P⁺集电区中央电势逐渐下降，这个电势与P⁺集电区04的电势决定了集电结是否开启，这时，电子电流的密度较小，产生的电压不足以使集电结开启，集电结两侧电路处处小于其内建电势，即V_mg＜V_mf＜…V_ma＜0.7V，此时没有空穴注入，也即没有发生电导调制，故导通压降很大，也就是说导通功率损耗很大。随着V_CE增加，电子电流密度增加，集电结正向偏压增加，直到集电结部分导通，即V_mg＜…＜V_md＜0.7V＜V_mc＜…＜V_ma，如图3（B）所示，这时，部分P⁺区开始注入空穴，电导调制开始，导通压降大幅下降，此时会产生初次回跳的现象。由于实际芯片内部元胞的不一致性，导通过程中少数元胞首先进入电导调制状态，然后向周边扩散，元胞逐次发生电导调制，这就导致导通区域的突变性扩展，产生一系列二次回跳。总之，初次回跳是逆导型IGBT少数元胞最先从VDMOS模式想IGBT模式转变所致。而二次回跳是芯片内部元胞依次从VDMOS模式向IGBT模式转变所致。此外，现有的短路集电极型逆导IGBT由于背面版图中分布了较多的N⁺短路区03，致使产生了很多如图3D中所示的无效P⁺集电区04。

为了消除初次回跳，专利号为US2010276727A1的美国专利公开了一种能够消除初次回跳的逆导型IGBT的背面版图布局如图4A和4B所示，采用这种背面版图布局的IGBT由于引入了引导区07，能够有效地消除初次回跳，但是，由于这种IGBT存在多个孤立的P⁺集电区05，所以仍然会产生二次回跳。另外，采用这种背面版图布局的IGBT由于N⁺短路区06均为条形，P⁺集电区的空穴注入效率较低，会间接浪费芯片的利用率，增加制造成本。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型以现有技术中短路集电极型逆导IGBT为基础提供了一种能够同时消除初次回跳和二次回跳的逆导型IGBT的背面版图布局。

本实用新型提供的逆导型IGBT的背面版图布局包括P⁺集电区、N⁺短路区和P⁺引导区，所述N⁺短路区和P⁺引导区向该逆导型IGBT的正面延伸后与栅极引线键合窗口无交集，所述P⁺集电区连续。

作为优选，所述N⁺短路区为面积大而周长小的形状。

作为优选，所述N⁺短路区为圆形。

本实用新型提供的逆导型IGBT的背面版图布局的有益效果在于：

1）由于引入了P⁺引导区，所以能够消除短路集电极型逆导IGBT的初次回跳；

2）由于P⁺集电区连续，使导通区域的扩展过程也是连续渐变的，所以能够避免由于突变性扩展引起的二次回跳。

附图说明

图1为现有技术中短路集电极型逆导IGBT的局部结构示意图；

图2为现有技术中短路集电极型逆导IGBT的“集电极-发射极电流—集电极-发射极电压”特性曲线；

图3A为现有技术中短路集电极型逆导IGBT导通初期电子流的流动示意图；

图3B为现有技术中短路集电极型逆导IGBT集电结部分导通后电子流的流动示意图；

图3C为现有技术中短路集电极型逆导IGBT在P⁺集电区上方，电子横向流到N⁺短路区的示意图；

图3D为现有技术中短路集电极型逆导IGBT产生的无效P⁺集电区的示意图。

图4A为专利号为US2010276727A1的美国专利公开的第一种能够消除初次回跳的逆导型IGBT的背面版图布局示意图；

图4B为专利号为US2010276727A1的美国专利公开的第二种能够消除初次回跳的逆导型IGBT的背面版图布局示意图；

图5为本实用新型实施例提供的逆导型IGBT的背面版图布局示意图。

具体实施方式

为了深入了解本实用新型，下面结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细说明。

参见图5所示，本实用新型提供的逆导型IGBT的背面版图布局包括P⁺集电区1、N⁺短路区2和P⁺引导区3，N⁺短路区2和P⁺引导区3向该逆导型IGBT的正面延伸后与栅极引线键合窗口4无交集，P⁺集电区1连续。由于栅极引线键合窗口4下面是P⁺集电区，而且，栅极引线键合窗口4无法起到导电的作用，所以需要N⁺短路区2和P⁺引导区3向该逆导型IGBT的正面延伸后与栅极引线键合窗口4无交集，否则会增加正向或反向的导通压降，进而增加器件导通功率损耗。

该逆导型IGBT的背面版图1）由于引入了P⁺引导区3，所以能够消除短路集电极型逆导IGBT的初次回跳；2）由于P⁺集电区1连续，使导通区域的扩展过程也是连续渐变的，所以能够避免由于突变性扩展引起的二次回跳。

其中，N⁺短路区可以为面积大而周长小的形状。使得P⁺集电区1具有较大的有效通过面积，从而增加该逆导型IGBT芯片的电流导通能力。与专利号为US2010276727A1的美国专利公开的逆导型IGBT的背面版图布局相比，能够改善芯片的利用率，降低制造成本。

其中，作为N短路区的一种具体的形状，N⁺集电区可以为圆形。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种逆导型IGBT的背面版图布局，包括P⁺集电区、N⁺短路区和P⁺引导区，所述N⁺短路区和P⁺引导区向该逆导型IGBT的正面延伸后与栅极引线键合窗口无交集，其特征在于，所述P⁺集电区连续。

2.根据权利要求1所述的背面版图布局，其特征在于，所述N⁺短路区为面积大而周长小的形状。

3.根据权利要求2所述的背面版图布局，其特征在于，所述N⁺短路区为圆形。

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