[实用新型]IGBT背面集电极结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电子元件的结构，尤其是一种IGBT背面集电极结构。

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。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601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。目前由于其综合性能较好，场截止型IGBT正在逐步替代传统NPT型IGBT。但是传统的场截止型IGBT也有一些弱点，比如抗短路能力要比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

本实用新型的目的是补充现有技术中存在的不足，提供一种IGBT背面集电极结构，对于传统的场截止型IGBT的集电极结构进行了改进。采用了本结构的IGBT，一方面保留了普通FS型器件的优点，器件的动静态性能很好。同时，由于背面N+型缓冲层是凹凸分布，可以通过控制注入效率，进一步优化器件的动静态性能，另外，该设计可以提高器件的抗短路能力，改善Vce(sat)与温度的关系，使Vce(sat)为较强烈的正温度系数，更适用于并联应用。本实用新型采用的技术方案是：

一种IGBT背面集电极结构，包括N-型基区，还包括在N-型基区的背面形成的N+型缓冲层和P+型集电极层，所述N+型缓冲层的表面包括阵列式的岛状凸起部以及岛状凸起部之间的凹下部；P+型集电极层位于N+型缓冲层的岛状凸起部以及岛状凸起部之间的凹下部的表层。

所述N+型缓冲层的阵列式的岛状凸起部和岛状凸起部之间的凹下部的面积比例能够根据IGBT器件的需要而调节设定。

本实用新型的优点：1.背面的N+型缓冲层可以承受很强的耐压，可以用于超高压IGBT的电场截止层，或者降低同样耐压器件的厚度，提升综合性能。2.可以通过控制N+型缓冲层的阵列式的岛状凸起部和岛状凸起部之间的凹下部的面积比例，有效的控制器件的注入效率，从而来优化调节器件的动静态性能。3.器件的抗短路能力较好，同时也更适合于并联应用。

附图说明

图1为非穿通型IGBT结构图。

图2为场截止型IGBT结构图。

图3为本实用新型的衬底材料示意图。

图4为本实用新型的正面N+型层和背面的N+型层示意图。

图5为本实用新型的N+型缓冲层示意图。

图6为本实用新型的IGBT正面结构示意图。

图7为本实用新型的IGBT正面结构和背面的P+型集电极层示意图。

图8为本实用新型的IGBT背面的P+型集电极层示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图7、图8所示：

一种IGBT背面集电极结构，包括N-型基区5，还包括在N-型基区5的背面形成的N+型缓冲层6和P+型集电极层7，所述N+型缓冲层6的表面包括阵列式的岛状凸起部以及岛状凸起部之间的凹下部；P+型集电极层7位于N+型缓冲层6的岛状凸起部以及岛状凸起部之间的凹下部的表层。

所述N+型缓冲层6的阵列式的岛状凸起部和岛状凸起部之间的凹下部的面积比例能够根据IGBT器件的需要而调节设定。

通常IGBT器件的制备包括正面工艺和背面工艺，然后在N-型基区上形成IGBT正面结构和IGBT背面结构（主要是指IGBT背面集电极结构）。本实用新型的IGBT正面结构和传统的场截止型IGBT相同，本实用新型主要对IGBT背面集电极结构做了改进，以改善传统的场截止型IGBT的性能。

如图7所示，IGBT正面结构包括发射极金属层1、氧化层2、多晶硅栅极3、正面N+型层4、N+源区8、P+阱区9。IGBT背面结构包含在N-型基区5的背面形成的N+型缓冲层6和P+型集电极层7。本实用新型的N+型缓冲层6和P+型集电极层7的形状经过优化改进设计。

下面结合图3至图8说明本IGBT背面集电极结构的制备方法。

(a)首先根据设计目标选取合适的衬底材料，作为N-型基区5的材料；如图3所示，将未减薄的N-型硅圆片作为衬底材料；