CN102931223A - Igbt集电极结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种IGBT集电极结构，包括N-型基区，还包括在N-型基区的背面形成的间隔分布N+型区域层，以及在N-型基区的背面，上述间隔分布N+型区域层未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层。所述间隔分布N+型区域层是由五价元素在N-型基区的背面间隔注入后，并且跟随着经历了N-型基区的正面的所有热过程后形成。或者所述间隔分布N+型区域层是通过在N-型基区的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了N-型基区的正面的所有热过程后得到。本发明用于形成IGBT的集电极结构。

Description

IGBT集电极结构
技术领域
本发明涉及一种电子元件的结构，尤其是一种IGBT集电极结构。
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，分为穿通型和非穿通型，后随工艺发展又出现场截止型。如图1所示，为非穿通型（NPT）器件，其芯片设计厚度较厚，导致器件的饱和导通压降Vce(sat)较高，而且在器件关断时，存在载流子复合过程，关断时间较长，器件的动、静态性能都较差。但是这种器件饱和导通压降随着温度升高而升高（正温度系数），适于并联应用；另外这种结构的器件抗短路能力很好。如图2所示，为场截止型（FS）器件，由于在芯片设计中引入N+缓冲层（图2中的附图标记2所示）来截止电场，芯片设计厚度较薄，器件的Vce(sat)及开关性能均要优于NPT器件，但是其N+缓冲层是在正面工艺完成之后，在背面通过五价元素高能的注入及退火来实现，对设备要求很高，工艺要求较高实现起来比较复杂，此外FS型器件抗短路能力要比NPT型器件差，Vce(sat)虽然也是正温度系数，但是不如NPT型器件优异，不太适用于并联应用。
发明内容
本发明的目的是补充现有技术中存在的不足，提供一种IGBT集电极结构，综合了NPT型器件及FS型器件的优点，采用了本结构的IGBT，一方面其厚度与FS型器件相当，器件的动静态性能与FS型器件相当。同时，由于背面N+缓冲层是间隔分布，器件的抗短路能力较好，同时Vce(sat)为较为强烈的正温度系数，可以满足并联应用的需求。另外本发明的间隔分布的N+缓冲层（即间隔分布N+型区域层）是跟随N-型基区正面经历所有热过程后形成的，其退火足够充分导致五价元素推进深度足够大，不需要进行高能的注入形成，对设备要求较低。本发明采用的技术方案是：
一种IGBT集电极结构，包括N-型基区，还包括在N-型基区的背面形成的间隔分布N+型区域层，以及在N-型基区的背面，上述间隔分布N+型区域层未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层。
所述间隔分布N+型区域层是由五价元素在N-型基区的背面间隔注入后，并且跟随着经历了N-型基区的正面的所有热过程后形成。
所述间隔分布N+型区域层或者是通过在N-型基区的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了N-型基区的正面的所有热过程后得到。
本发明的优点：采用了本结构的IGBT，一方面厚度与FS型器件相当，器件的动静态性能与FS型器件相当。同时，由于背面N+缓冲层是间隔分布，器件的抗短路能力较好。本结构形成时，不需要进行五价元素的高能注入，对设备要求较低。
附图说明
图1为传统非穿通型IGBT结构图。
图2为场截止型IGBT结构图。
图3为本发明的衬底材料示意图。
图4为本发明的间隔分布N+型浅层示意图。
图5为本发明的间隔分布N+型区域层示意图。
图6为本发明的IGBT集电极结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图4、图5、图6所示：
一种IGBT集电极结构，包括N-型基区3，还包括在N-型基区3的背面形成的间隔分布N+型区域层5，以及在N-型基区3的背面，上述间隔分布N+型区域层5未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层6。
所述间隔分布N+型区域层5是由五价元素在N-型基区3的背面间隔注入后，并且跟随着经历了N-型基区3的正面的所有热过程后形成。
所述间隔分布N+型区域层5或者是通过在N-型基区3的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了N-型基区3的正面的所有热过程后得到。
下面详细说明本IGBT集电极结构的制备方法，如图3、图4、图5、图6所示。
(a)首先根据设计目标选取合适的衬底材料，作为N-型基区3的材料；如图3所示，将未减薄的N-型硅圆片作为衬底材料。
(b)其次，如图4所示，将衬底减薄后作为N-型基区3，在N-型基区3的背面间隔地注入五价元素（不需要高能注入）；由于在这一步不进行退火，注入的五价元素形成的间隔分布N+型浅层4还只是停留在N-型基区3背面的表面很小薄层内。
(c)然后，在对N-型基区3的背面进行保护后，对于N-型基区3的正面进行正面的完整的工艺处理，其中包含热过程；步骤(b)中形成的N-型基区3背面的间隔分布N+型浅层4跟随着经历了N-型基区3的正面的所有热过程（其中包括退火过程），形成了间隔分布N+型区域层5。如图5所示，由于退火足够充分，间隔分布N+型区域层5能够较为深入N-型基区3背面。
(d)最后，对N-型基区3的正面保护后，在N-型基区3的背面，上述间隔分布N+型区域层5未覆盖区域，将三价元素间隔地注入，随后经过低温退火或者激光退火，形成所述间隔分布P+型集电极层6。
本方法中，五价元素的注入在开始时候就进行，其后会跟随N-型基区3正面经历所有热过程，其退火足够充分，推进深度足够大，形成的结构可以承受一定耐压，提高器件的耐压。
通过控制五价元素与三价元素注入区域面积的比率，可以有效的控制注入效率，提升了器件的动态性能。
在上述(b)步骤中，也可以通过在N-型基区3的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，刻蚀去不需要的部分，留下需要的部分，即得到间隔分布N+型浅层4。

Claims (3)

1.一种IGBT集电极结构，包括N-型基区(3)，其特征在于：还包括在N-型基区(3)的背面形成的间隔分布N+型区域层(5)，以及在N-型基区(3)的背面，上述间隔分布N+型区域层(5)未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层(6)。
2.如权利要求1所述的IGBT集电极结构，其特征在于：所述间隔分布N+型区域层(5)是由五价元素在N-型基区(3)的背面间隔注入后，并且跟随着经历了N-型基区(3)的正面的所有热过程后形成。
3.如权利要求1所述的IGBT集电极结构，其特征在于：所述间隔分布N+型区域层(5)是通过在N-型基区(3)的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了N-型基区(3)的正面的所有热过程后得到。
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