逆导型IGBT的背面结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种逆导型IGBT的背面结构，包括：漂移区、第一N

【技术实现步骤摘要】
逆导型IGBT的背面结构及其制备方法
本专利技术涉及功率半导体器件
，特别涉及逆导型IGBT的背面结构及其制备方法。
技术介绍
逆导型IGBT是一种新型的功率器件，它具有众多优点的同时也引入了一些缺点，如回跳现象。通过对比可以发现逆导型IGBT的大部分结构与传统的IGBT结构相似。最大的区别是，逆导型IGBT的集电极不是连续的P+区，而是间断地引入一些N+短路区。逆导型IGBT的P-基区、N-漂移区、N+缓冲层及N+短路区构成了一个PIN二极管。逆导型IGBT等效于一个IGBT与一个PIN二极管反并联，只不过在同一芯片上实现了。当IGBT在承受反压时，这个PIN二极管导通，这也正是称其为逆导型IGBT的原因。在关断期间，逆导型IGBT为漂移区过剩载流子提供了一条有效的抽走通道，大大缩短了逆导型IGBT的关断时间。逆导型IGBT的思想节省了芯片面积、封装、测试费用，降低了器件成本。此外，它还具有低的损耗、良好的SOA特性、正的温度系数，以及良好的软关断特性、短路特性以及良好的功率循环特性。然而，逆导型IGBT在拥有诸多优点的同时，也带来了些问题。最主要的是回跳现象。产生回跳现象的原理不难解释。在逆导型IGBT导通初期，器件是单极导通的，可以说是工作在VDMOS模式。电子从沟道注入N-漂移区，几乎垂直流向集电极，当流入缓冲层后，电子流汇集到集电极短路区后流出器件。从图中可以看到，在P+区上方，电子是横向流到N+短路区的。这样从P+区边缘到P+区中央电势逐渐下降，而这个电势与P+区的电势决定了集电结是否开启。起初电子电流密度小，如图1a所示，所产生的压降不足以使集电结开启。集电结两侧电势处处小于其内建电势（Vmg<Vmf<…<Vma<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。随着VCE增加，电子电流密度增加，集电结正向偏压增加。如图1b图所示，直到集电结部分导通（Vmg<…Vmd<0.7V<Vmc<…<Vma），部分P+区开始注入空穴，电导调制开始，导通压降大幅下降，此时器件进入了IGBT模式，这就看到了上述的回跳现象。现有技术中还公开了一种逆导型IGBT，正向导通时候的电流分布如图2所示，虽然可以有效消除回跳现象，但是由于P+集电极区域1与N+短路区域2直接相邻，导致部分P+集电极区域1未能导通，使P+集电极区域1的空穴注入效率降低，这样会间接浪费芯片的利用率，增加制造成本。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能抑制器件回跳现象的逆导型IGBT的背面结构及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的一个方面提供了一种逆导型IGBT的背面结构，包括：漂移区、第一N+缓冲层、绝缘层、P+集电区、N+短路区及集电极金属层；所述P+集电区设置在所述漂移区底部一侧，所述N+短路区设置在所述漂移区底部另一侧，所述P+集电区与所述N+短路区中间通过所述漂移区分隔开；所述P+集电区通过所述第一N+缓冲层与所述漂移区连接；所述漂移区及第一N+缓冲层均通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接；所述P+集电区与所述集电极金属层连接；所述N+短路区的耗尽部分通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接，其他部分直接与所述集电极金属层连接。进一步地，所述的逆导型IGBT的背面结构，还包括：第二N+缓冲层，所述N+短路区通过所述第二N+缓冲层与所述漂移区连接，所述第二N+缓冲层通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接。本专利技术的另一个方面，提供一种逆导型IGBT的背面结构的制备方法，包括：将芯片背面减薄后，在漂移区底面制备绝缘层；将所述漂移区底面通过光刻，再进行N型杂质注入后退火，形成N+缓冲层；将所述漂移区底面一侧通过光刻，再进行P型杂质注入后退火，形成P+集电区；将所述漂移区底面另一侧通过光刻，再进行N型杂质注入、退火后，形成N+短路区，所述P+集电区与所述N+短路区之间通过所述漂移区分隔开；将所述P+集电区、N+短路区及绝缘层底面金属化形成集电极金属层。进一步地，所述将漂移区底面通过光刻，再进行N型杂质注入后退火，形成N+缓冲层包括：将所述漂移区整个底面通过光刻，再进行N型杂质注入、退火后，在所述绝缘层的一侧形成第一N+缓冲层，在所述绝缘层的另一侧形成第二N+缓冲层，使所述P+集电区通过所述第一N+缓冲层与所述漂移区连接，使所述N+短路区通过所述第二N+缓冲层与所述漂移区连接。进一步地，所述将漂移区底面通过光刻，再进行N型杂质注入后退火，形成N+缓冲层包括：将所述漂移区底面局部通过光刻，再进行N型杂质注入、退火后，在所述绝缘层的一侧形成第一N+缓冲层，使所述P+集电区通过所述第一N+缓冲层与所述漂移区连接，使所述N+短路区直接与所述漂移区连接。进一步地，所述在漂移区底面制备绝缘层是直接将漂移区进行氧化或在漂移区背面淀积一层SiO2后再进行光刻，获得绝缘层。进一步地，所述漂移区及缓冲层均通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接；所述P+集电区与所述集电极金属层连接；所述N+短路区的耗尽部分通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接，其他部分直接与所述集电极金属层连接。进一步地，在形成所述缓冲层时，注入的N型杂质包括磷、砷或氢。进一步地，在形成所述P+集电区时，注入的P型杂质包括磷、砷或氢。进一步地，在形成所述N+短路区时，注入的N型杂质包括硼或铝。本专利技术提供的一种逆导型IGBT的背面结构及其制备方法，通过在P+集电区和N+短路区之间加入一段低掺杂的N-区域的漂移区，这样能使P+集电区更大程度的正偏，从而能避免回跳现象的产生，另外此结构还可以增加P+集电区有效导通面积，增加空穴的注入总量，降低了导通压降，从而降低功耗。附图说明图1a及图1b为现有逆导型IGBT的回跳现象产生原理图；图2为现有逆导型IGBT正向导通时的电流分布图；图3为本专利技术实施例一提供的一种逆导型IGBT的背面结构的结构示意图；图4为本专利技术实施例二中制备绝缘层的结构示意图；图5为本专利技术实施例二中制备N+缓冲层的结构示意图；图6为本专利技术实施例二中制备P+集电区的结构示意图；图7为本专利技术实施例二中制备N+短路区的结构示意图；图8为本专利技术实施例二中制备集电极金属层的结构示意图；图9为图8所示结构的等效电路图。具体实施方式实施例一：如图3所示，本实施例提供的一种逆导型IGBT的背面结构包括：漂移区100、第一N+缓冲层101、P+集电区102、N+短路区103、绝缘层104及集电极金属层105。P+集电区102设置在漂移区100底部一侧，N+短路区103设置在漂移区100底部另一侧，P+集电区102与N+短路区103中间通过漂移区100分隔开，漂移区100为低掺杂的N-区域。P+集电区102通过第一N+缓冲层101与漂移区100连接。漂移区100及第一N+缓冲层101均通过绝缘层104与集电极金属层105连接。P+集电区102与集电极金属层105连接；N+短路区103的耗尽部分通过绝缘层104与集电极金属层105连接，其他部分直接与集电极金属层105连接。本实施例提供的制备上述逆导型IGBT的背面结构的方法，包括以下几个步骤：步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆导型IGBT的背面结构，其特征在于，包括：漂移区、第一N

【技术特征摘要】
1.一种逆导型IGBT的背面结构，其特征在于，包括：漂移区、第一N+缓冲层、绝缘层、P+集电区、N+短路区及集电极金属层；所述P+集电区设置在所述漂移区底部一侧，所述N+短路区设置在所述漂移区底部另一侧，所述P+集电区与所述N+短路区中间通过所述漂移区分隔开；所述P+集电区通过所述第一N+缓冲层与所述漂移区连接；所述漂移区及第一N+缓冲层均通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接；所述P+集电区与所述集电极金属层连接；所述N+短路区的耗尽部分通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接，其他部分直接与所述集电极金属层连接。2.如权利要求1所述的逆导型IGBT的背面结构，其特征在于，还包括：第二N+缓冲层，所述N+短路区通过所述第二N+缓冲层与所述漂移区连接，所述第二N+缓冲层通过所述绝缘层与所述集电极金属层连接。3.一种逆导型IGBT的背面结构的制备方法，其特征在于，包括：将芯片背面减薄后，在漂移区底面制备绝缘层；将所述漂移区底面通过光刻，再进行N型杂质注入后退火，形成N+缓冲层；将所述漂移区底面一侧通过光刻，再进行P型杂质注入后退火，形成P+集电区；将所述漂移区底面另一侧通过光刻，再进行N型杂质注入、退火后，形成N+短路区，所述P+集电区与所述N+短路区之间通过所述漂移区分隔开；将所述P+集电区、N+短路区及绝缘层底面金属化形成集电极金属层；所述P+集电区用所述N+缓冲层包裹；所述绝缘层的宽度一方面使N+缓冲层与集电极金属层隔离，另一方面在正向阻断时使所述N+短路区的耗尽部分不与所述集电极金属层接触。4.如权利要求3所述的逆导型IGBT的背面结构的制备方法，其特征在于，将所述漂移区底面通过光刻，再进行N型杂质注...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文亮，田晓丽，朱阳军，胡爱斌，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，上海联星电子有限公司，江苏中科君芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11