[发明专利]逆导型IGBT的集电极结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，特别涉及逆导型IGBT的集电极结构及其制备方法。

背景技术

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。对于穿通型(又称为电场阻断型)的器件，在减薄之后首先N型离子注入(例如P离子)并退火形成一层N⁺缓冲层。然后是P型离子注入(例如B离子)并退火形成集电极层。对于非穿通型器件则不用形成N⁺缓冲层，只需形成集电极层。在这种方法中，集电极材料采用硅背面退火温度受正面金属Al电极能承受的最高温度的限制，一般N⁺缓冲层和集电极层的最高退火温度小于500℃。这种方法背面杂质的激活率较低，一般小于10％。激光退火可以避免此限制获得高的杂质激活率，然而需要昂贵的设备。

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(安全工作区)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。当N⁺短路区将N⁺缓冲层上拉到与集电极电势接近的水平，这导致集电结很难正偏。这一方面产生回跳现象，另一方面导致集电结的空穴注入效率减小，从而导致导通压降比较大。

发明内容

本发明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的集电极结构及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的一个方面提供了一种逆导型IGBT的集电极结构，包括：N^-锗缺陷层、P⁺锗集电极区、N⁺锗短路区及集电极金属层；

所述N^-锗缺陷层设置在基区底面；

所述P⁺锗集电极区及N⁺锗短路区并列设置在所述N^-锗缺陷层底面与所述集电极金属层之间。

进一步地，所述的逆导型IGBT的集电极结构，还包括：

缓冲层，所述缓冲层设置在所述N^-锗缺陷层与所述基区之间；

所述缓冲层包括N⁺硅层或N⁺硅锗层。

进一步地，所述的逆导型IGBT的集电极结构，还包括：

N^-锗层，所述N^-锗层设置在所述N^-锗缺陷层与所述P⁺锗集电极区及N⁺锗短路区之间。

进一步地，所述的逆导型IGBT的集电极结构，还包括：

N⁺锗缺陷层及P⁺锗缺陷层；

所述N⁺锗缺陷层设置在所述N^-锗缺陷层与N⁺锗短路区之间；

所述P⁺锗缺陷层设置在所述N^-锗缺陷层与所述P⁺锗集电极区之间。

本发明的另一个方面提供了一种逆导型IGBT的集电极结构的制备方法，包括：

将芯片背面减薄后，在基区底面外延锗层，形成N^-锗缺陷层及N^-锗层，所述N^-锗层设置在所述N^-锗缺陷层底面；