FS型IGBT器件的背面結構制造技術

本發明專利技術公開了一種FS型IGBT器件的背面結構，在漂移區的下表面連接有緩沖層，在緩沖層的下表面連接有集電極層；所述緩沖層具有相互間隔的第一緩沖區和第二緩沖區，第一緩沖區的摻雜濃度小于第二緩沖區的摻雜濃度；所述集電極層具有相互間隔的第一集電極區和第二集電極區，第一集電極區的參雜摻雜小于第二集電極區的摻雜濃度；每個第一緩沖區的正下方對應設置所述的第一集電極區，每個第二緩沖區的正下方對應設置所述的第二集電極區；第一緩沖區和第二緩沖區的排列延伸方向以及第一集電極區和第二集電極區的排列延伸方向均與條形Trench多晶硅柵延伸方向相平行。本發明專利技術保證了器件的高耐壓性能，本發明專利技術優化了IGBT關斷損耗和導通壓降的折中關系，本發明專利技術有效降低了背面接觸電阻。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術公開了一種FS型IGBT器件的背面結構。
技術介紹
IGBT:絕緣柵型雙極晶體管的英文(Insulated Gate Bipolar Transistor)簡稱，一種壓控型功率器件，作為高壓開關被普遍應用。通常IGBT的關斷損耗和導通壓降存在此消彼長的關系。關斷損耗和導通壓降的關系曲線越靠近原點，說明IGBT折中關系越優，器件性能越好。歐姆接觸:是指金屬與半導體的接觸，實現的主要措施是在半導體表面層進行高摻雜或者引入大量復合中心。Field Stop (FS) IGBT 是在 Non Punch Through (NPT) IGBT 的結構和工藝流程的基礎上，在N-漂移區和P型集電極區之間添加N-緩沖層(又稱Field Stop層)實現的。一般的，N-緩沖層摻雜濃度大于N-漂移區的濃度而小于P型集電極濃度。N-緩沖層功能為阻斷電場。和相同耐壓等級的NPT IGBT相比，FS IGBT的N-漂移區寬度大幅減小，因此N-漂移區電阻大大降低。但是由于增加N-緩沖層，若P型集電極的摻雜濃度不變，則P型集電極向N-漂移區注入的少數載流子的注入效率將會大大降低，電導調制效應將會大大減弱，導通壓降將會大幅升高。而且為了保證耐壓，N-緩沖層的摻雜濃度也較大。因此，P型集電極區的有效摻雜濃度需增大不少。大的P型集電極有效摻雜濃度勢必會對器件關斷損耗和導通壓降的折中關系產生不利影響。IGBT的關斷損耗和導通壓降的是其最重要的參數，主要受N-漂移區中等離子體分布的影響。N-漂移區中等離子體分布的建立主要靠背面P+集電極的空穴注入和正面DMOS溝道的電子注入。因此對于FS IGBT，精確的控制背面P+厚度、N-緩沖層的厚度和摻雜分布非常重要。現有技術是在P+襯底上外延N-型硅，然后通過離子注入形成N-和N+相互間隔的N-緩沖層，然后再進行IGBT的正面工藝。由于在IGBT的正面工藝有多步高溫工藝，例如生長柵極氧化層、P-well推進等等，會對通過外延的方法形成的N-緩沖層的摻雜分布造成很大影響，不利于精確控制。另一方面，用外延的方法制作IGBT成本較高。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種可有效優化IGBT關斷損耗和導通壓降的折中關系、有效降低背面接觸電阻的FS型IGBT器件的背面結構。按照本專利技術提供的技術方案，所述FS型IGBT器件的背面結構，在漂移區的下表面連接有緩沖層，在緩沖層的下表面連接有集電極層；所述緩沖層具有相互間隔的第一緩沖區和第二緩沖區，第一緩沖區的摻雜濃度小于第二緩沖區的摻雜濃度；所述集電極層具有相互間隔的第一集電極區和第二集電極區，第一集電極區的參雜摻雜小于第二集電極區的摻雜濃度；每個第一緩沖區的正下方對應設置所述的第一集電極區，每個第二緩沖區的正下方對應設置所述的第二集電極區；第一緩沖區和第二緩沖區的排列延伸方向以及第一集電極區和第二集電極區的排列延伸方向均與條形Trench多晶硅柵延伸方向相平行。所述緩沖層為N導電類型，緩沖層為摻磷元素的硅材料，厚度為2ιιπΓ5ιιπι。所述集電極層為P導電類型，集電極層為摻硼元素的硅材料，厚度為0.2unTlUm。本專利技術保證了器件的高耐壓性能，本專利技術優化了 IGBT關斷損耗和導通壓降的折中關系，本專利技術有效降低了背面接觸電阻。附圖說明圖1是本專利技術的結構示意圖。具體實施例方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1所示，該FS型IGBT器件的背面結構，在漂移區I的下表面連接有緩沖層2，在緩沖層2的下表面連接有集電極層3 ;所述緩沖層2具有相互間隔的第一緩沖區21和第二緩沖區22，第一緩沖區21的摻雜濃度小于第二緩沖區22的摻雜濃度；所述集電極層3具有相互間隔的第一集電極區31和第二集電極區32，第一集電極區31的參雜摻雜小于第二集電極區32的摻雜濃度；每個第一緩沖區21的正下方對應設置所述的第一集電極區31，每個第二緩沖區22的正下方對應設置所述的第二集電極區32 ;第一緩沖區21和第二緩沖區22的排列延伸方向以 及第一集電極區31和第二集電極區32的排列延伸方向均與條形Trench多晶娃柵延伸方向相平行。所述緩沖層2為N導電類型，緩沖層2為摻磷元素的硅材料，厚度為2unT5um。所述集電極層3為P導電類型，集電極層3為摻硼元素的硅材料，厚度為0.2um lum0本專利技術的FS型IGBT器件在制作時，先完成常規IGBT正面工藝，然后完成該FS型IGBT器件的背面結構，通過背面離子注入和退火的方法在漂移區I的下方形成緩沖層2，在緩沖層2的下方形成集電極層3。本專利技術中，第一緩沖區21的寬度與第一集電極區31的寬度相同；第二緩沖區22的寬度和第二集電極區32的寬度相同。本專利技術中，緩沖層2的第二緩沖區22摻雜濃度較高，保證器件耐壓； 本專利技術中，緩沖層2的第一緩沖區21摻雜濃度較低，保證背面少數載流子注入效率；本專利技術中，通過調節緩沖層2的第一緩沖區21和第二緩沖區22以及集電極層3的第一集電極區31和第二集電極區32的摻雜濃度，以及調節第一緩沖區21和第二緩沖區22的摻雜區域寬度，可以效優化IGBT關斷損耗和導通壓降的折中關系； 本專利技術中，集電極層3的第二集電極區32摻雜可與Al電極形成好的歐姆接觸，有效降低背面接觸電阻。權利要求1.一種FS型IGBT器件的背面結構，其特征是:在漂移區(I)的下表面連接有緩沖層(2)，在緩沖層(2)的下表面連接有集電極層(3);所述緩沖層(2)具有相互間隔的第一緩沖區(21)和第二緩沖區(22)，第一緩沖區(21)的摻雜濃度小于第二緩沖區(22)的摻雜濃度；所述集電極層(3)具有相互間隔的第一集電極區(31)和第二集電極區(32)，第一集電極區(31)的參雜摻雜小于第二集電極區(32)的摻雜濃度；每個第一緩沖區(21)的正下方對應設置所述的第一集電極區(31)，每個第二緩沖區(22)的正下方對應設置所述的第二集電極區(32);第一緩沖區(21)和第二緩沖區(22)的排列延伸方向以及第一集電極區(31)和第二集電極區(32)的排列延伸方向均與條形Trench多晶硅柵延伸方向相平行。2.如權利要求1所述的FS型IGBT器件的背面結構，其特征是:所述緩沖層(2)為N導電類型，緩沖層(2)為摻磷元素的娃材料,厚度為2unT5um。3.如權利要求1所述的FS型IGBT器件的背面結構，其特征是:所述集電極層(3)為P導電類型或者N導電類型，集電極層(3)為摻硼元素的硅材料，厚度為0.2unTlUm。全文摘要本專利技術公開了一種FS型IGBT器件的背面結構，在漂移區的下表面連接有緩沖層，在緩沖層的下表面連接有集電極層；所述緩沖層具有相互間隔的第一緩沖區和第二緩沖區，第一緩沖區的摻雜濃度小于第二緩沖區的摻雜濃度；所述集電極層具有相互間隔的第一集電極區和第二集電極區，第一集電極區的參雜摻雜小于第二集電極區的摻雜濃度；每個第一緩沖區的正下方對應設置所述的第一集電極區，每個第二緩沖區的正下方對應設置所述的第二集電極區；第一緩沖區和第二緩沖區的排列延伸方向以及第一集電極區和第二集電極區的排列延伸方向均與條形Trench多晶硅柵延伸方向相平行。本專利技術保證了器件的高耐壓性能，本專利技術優化了IGBT關斷損耗和導通壓降的折中關系本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種FS型IGBT器件的背面結構，其特征是：在漂移區（1）的下表面連接有緩沖層（2），在緩沖層（2）的下表面連接有集電極層（3）；所述緩沖層（2）具有相互間隔的第一緩沖區（21）和第二緩沖區（22），第一緩沖區（21）的摻雜濃度小于第二緩沖區（22）的摻雜濃度；所述集電極層（3）具有相互間隔的第一集電極區（31）和第二集電極區（32），第一集電極區（31）的參雜摻雜小于第二集電極區（32）的摻雜濃度；每個第一緩沖區（21）的正下方對應設置所述的第一集電極區（31），每個第二緩沖區（22）的正下方對應設置所述的第二集電極區（32）；第一緩沖區（21）和第二緩沖區（22）的排列延伸方向以及第一集電極區（31）和第二集電極區（32）的排列延伸方向均與條形Trench多晶硅柵延伸方向相平行。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳凱，朱陽軍，盧爍今，陳宏，
申請(專利權)人：江蘇物聯網研究發展中心，中國科學院微電子研究所，江蘇中科君芯科技有限公司，
類型：發明
國別省市：