[发明专利]FS型IGBT器件的背面结构

说明书

技术领域

本发明公开了一种FS型IGBT器件的背面结构。

背景技术

IGBT：绝缘栅型双极晶体管的英文（Insulated Gate Bipolar Transistor）简称，一种压控型功率器件，作为高压开关被普遍应用。

通常IGBT的关断损耗和导通压降存在此消彼长的关系。关断损耗和导通压降的关系曲线越靠近原点，说明IGBT折中关系越优，器件性能越好。

欧姆接触：是指金属与半导体的接触，实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。

Field Stop (FS) IGBT是在Non Punch Through(NPT) IGBT的结构和工艺流程的基础上，在N-漂移区和P型集电极区之间添加N-缓冲层（又称Field Stop层）实现的。一般的，N-缓冲层掺杂浓度大于N-漂移区的浓度而小于P型集电极浓度。N-缓冲层功能为阻断电场。和相同耐压等级的NPT IGBT相比，FS IGBT的N-漂移区宽度大幅减小，因此N-漂移区电阻大大降低。但是由于增加N-缓冲层，若P型集电极的掺杂浓度不变，则P型集电极向N-漂移区注入的少数载流子的注入效率将会大大降低，电导调制效应将会大大减弱，导通压降将会大幅升高。而且为了保证耐压，N-缓冲层的掺杂浓度也较大。因此，P型集电极区的有效掺杂浓度需增大不少。大的P型集电极有效掺杂浓度势必会对器件关断损耗和导通压降的折中关系产生不利影响。

IGBT的关断损耗和导通压降的是其最重要的参数，主要受N-漂移区中等离子体分布的影响。N-漂移区中等离子体分布的建立主要靠背面P+集电极的空穴注入和正面DMOS沟道的电子注入。因此对于FS IGBT，精确的控制背面P+厚度、N-缓冲层的厚度和掺杂分布非常重要。

现有技术是在P+衬底上外延N-型硅，然后通过离子注入形成N-和N+相互间隔的N-缓冲层，然后再进行IGBT的正面工艺。由于在IGBT的正面工艺有多步高温工艺，例如生长栅极氧化层、P-well推进等等，会对通过外延的方法形成的N-缓冲层的掺杂分布造成很大影响，不利于精确控制。另一方面，用外延的方法制作IGBT成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种可有效优化IGBT关断损耗和导通压降的折中关系、有效降低背面接触电阻的FS型IGBT器件的背面结构。

按照本发明提供的技术方案，所述FS型IGBT器件的背面结构，在漂移区的下表面连接有缓冲层，在缓冲层的下表面连接有集电极层；所述缓冲层具有相互间隔的第一缓冲区和第二缓冲区，第一缓冲区的掺杂浓度小于第二缓冲区的掺杂浓度；所述集电极层具有相互间隔的第一集电极区和第二集电极区，第一集电极区的参杂掺杂小于第二集电极区的掺杂浓度；每个第一缓冲区的正下方对应设置所述的第一集电极区，每个第二缓冲区的正下方对应设置所述的第二集电极区；第一缓冲区和第二缓冲区的排列延伸方向以及第一集电极区和第二集电极区的排列延伸方向均与条形Trench多晶硅栅延伸方向相平行。

所述缓冲层为N导电类型，缓冲层为掺磷元素的硅材料，厚度为2um~5um。

所述集电极层为P导电类型，集电极层为掺硼元素的硅材料，厚度为0.2um~1um。

本发明保证了器件的高耐压性能，本发明优化了IGBT关断损耗和导通压降的折中关系，本发明有效降低了背面接触电阻。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，该FS型IGBT器件的背面结构，在漂移区1的下表面连接有缓冲层2，在缓冲层2的下表面连接有集电极层3；所述缓冲层2具有相互间隔的第一缓冲区21和第二缓冲区22，第一缓冲区21的掺杂浓度小于第二缓冲区22的掺杂浓度；所述集电极层3具有相互间隔的第一集电极区31和第二集电极区32，第一集电极区31的参杂掺杂小于第二集电极区32的掺杂浓度；每个第一缓冲区21的正下方对应设置所述的第一集电极区31，每个第二缓冲区22的正下方对应设置所述的第二集电极区32；第一缓冲区21和第二缓冲区22的排列延伸方向以及第一集电极区31和第二集电极区32的排列延伸方向均与条形Trench多晶硅栅延伸方向相平行。

所述缓冲层2为N导电类型，缓冲层2为掺磷元素的硅材料，厚度为2um~5um。

所述集电极层3为P导电类型，集电极层3为掺硼元素的硅材料，厚度为0.2um~1um。