[发明专利]绝缘栅双极晶体管的背面结构及其制作方法

说明书

本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管的背面结构，在硅片的背面间隔设有背面沟槽，背面沟槽的槽壁与水平面之间的夹角α在60～88°，在背面沟槽的沟槽底部及侧壁通过注入形成沟槽状的N+型场截止层及沟槽状的P+型集电极层，沟槽状的N+型场截止层与N型衬底相连，沟槽状的P+型集电极层与N+型场截止层的槽底及侧壁相连，N+型场截止层的沟槽顶面和P+型集电极层的沟槽顶面与N+型集电极层相连，连接在N+型集电极层6上的背面的金属层5及设置在对应背面沟槽4内金属层5的凸起5‑1形成集电极。本发明能降低制造成本和碎片率，不需要借助薄片工艺即可实现场截止型绝缘栅双极晶体管。

技术领域

本发明涉及一种绝缘栅双极晶体管的背面结构及其制作方法，属于绝缘栅双极晶体管技术领域。

背景技术

绝缘栅双极晶体管(IGBT)由双极型三极管和绝缘栅型场效应管和成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，具有绝缘栅型场效应管的高输入阻抗及双极型三极管的低导通压降、以及驱动电路简单、安全工作区宽等优点，无论在传统产业的技术改造方面，如电机调速、各种高频开关电源等，还是在新能源的开发方面，如太阳能发电、风能发电和新能源汽车等，以及新兴产业方面，如智能电网、轨道交通等，作为电力电子系统核心开关器件的IGBT都起到了不可取代的关键的作用。

对于IGBT优化来说，正面结构从平面栅结构升级到了沟槽栅结构，背面结构从穿通(PT)、非穿通(NPT)升级到了薄片电场截止(FS)技术，使得器件特性越来越接近技术原点，低压降，低损耗，从而减小了能耗，提高了用电效率。常规场阻断型(FS)绝缘栅双极晶体管背面结构见图1所示，由N+型阻挡层、P+型发射层及集电极层构成。然而，现在国内可以稳定量产背面FS结构的代工厂并不多，成为了国产IGBT替代进口IGBT的一道技术屏障。由于阻断型(FS)绝缘栅双极晶体管背面结构需要采用薄片工艺加工，而薄片工艺加工设备和工艺都需要特别定制，造成芯片加工费用高，而且晶片容易碎片。

发明内容

本发明的目的是提供一种绝缘栅双极晶体管的背面结构及其制作方法，能降低制造成本和碎片率，不需要借助薄片工艺即可实现场截止型绝缘栅双极晶体管。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种绝缘栅双极晶体管的背面结构，其特征在于：在硅片的背面间隔设有背面沟槽，背面沟槽的槽壁与水平面之间的夹角α在60～88°，在背面沟槽的沟槽底部及侧壁通过注入形成沟槽状的N+型场截止层及沟槽状的P+型集电极层，沟槽状的N+型场截止层与N型衬底相连，沟槽状的P+型集电极层与N+型场截止层的槽底及侧壁相连，N+型场截止层的沟槽顶面和P+型集电极层的沟槽顶面与N+型集电极层相连，连接在N+型集电极层6上的背面的金属层5及设置在对应背面沟槽4内金属层5的凸起5-1形成集电极。

其中：所述硅片上的背面沟槽、N+型场截止层上的沟槽和P+型集电极层上的沟槽呈梯形。

所述背面沟槽的深度h在10～100um，槽宽b在5～50um，两背面沟槽中心距H在50～150um。

所述N+型集电极层的厚度δ在0.1～0.5um。

所述N+型场截止层的厚度δ2在0.5～5um。

所述P+型集电极层的厚度δ1在0.1～0.5um。

本发明绝缘栅双极晶体管的背面结构的制作方法，其特征在于：将绝缘栅双极晶体管硅片正面工艺进行完毕后，按以下步骤进行：

⑴、将硅片背面减薄至150～250um；

⑵、在背面注入N型离子，注入剂量为5E14～5E15/cm²，注入能量为30～400KeV,形成厚度δ在0.1～0.5um的N+型集电极层；

⑶、光刻刻蚀沟槽形成背面沟槽，且背面沟槽侧壁与平面夹角α在60～88°，背面沟槽的深度h在10～100um，槽宽b在5～50um；