[发明专利]一种逆导型IGBT背面结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，具体讲，涉及一种逆导型IGBT背面结构及其制备方法。

背景技术

逆导型IGBT(RC-IGBT)是一种新型功率器件，是将IGBT和快速恢复二极管(FRD)集成在同一芯片上制得的，具有尺寸小、功率密度高、成本低、寄生参数低、可靠性高等诸多优点。

逆导型IGBT与传统IGBT结构最大的差异是逆导型IGBT背面结构中集电极增加了N+短路结构，不再是连续的P+结构，由P+/N+交替排布而成。

逆导型IGBT在拥有诸多优点的同时，也存在一些问题，最主要的是电压回跳现象。逆导型IGBT的开启过程不同于传统没有集电极短路结构的IGBT器件，逆导型IGBT存在从单极到双极型导通模式的转换过程；当栅开启时，沟道反型形成电子沟道，电子在电场的驱动下向集电极迁移；到达集电极后，由于P+集电极/N缓冲层结的内建电场，电子更倾向于通过N+短路结构流入集电极；电流较小时，电子均通过N+短路结构流入集电极；随着电流增大，电子电流在缓冲层上产生的压降逐渐增大，当增大到P+集电极/N缓冲层结开启电压时，器件处于从单极到双极切换的临界状态；此时，注入P+集电极的电子开始变得活跃，空穴电流大量注入缓冲层和漂移区，导致电导调制的产生，器件进入双极工作模式，电压迅速减小，发生电压回跳现象。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明为了抑制逆导型IGBT器件发生电压回跳现象，提供了一种逆导型IGBT背面结构及其制备方法。本发明是在传统逆导型IGBT背面结构的基础上，在缓冲层和集电极之间增加低浓度掺杂的半导体层形成高阻区，此结构可有效抑制逆导型IGBT器件的电压回跳现象，同时减小集电极PN结的内建电势，提高集电极的注入效率，减小IGBT工作模式下的导通压降，降低逆导型IGBT器件正向导通损耗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种逆导型IGBT背面结构，依次包括基层、缓冲层、集电区、集电极金属层，在所述缓冲层与集电极金属层之间设置有低浓度掺杂的半导体层构成的高阻区；所述集电区包括P+掺杂区和N+短路区。

进一步的，所述缓冲层设置在所述基层与高阻区之间；所述缓冲层为N型低浓度缓冲区；所述基层为N型单晶硅片衬底。

进一步的，所述高阻区的半导体层采用外延方法生长。

进一步的，所述高阻区设置在所述缓冲层与集电区之间，且所述P+掺杂区和N+短路区并列交替设置在所述高阻区与集电极金属层之间。所述高阻区的掺杂浓度小于缓冲层的掺杂浓度；所述高阻区的外延层厚度大于N+短路区的结深；所述N+短路区与P+掺杂区的结深相同。

进一步的，所述高阻区设置在所述缓冲层与集电区之间，且所述P+掺杂区和N+短路区并列交替设置在所述高阻区与集电极金属层之间。所述高阻区的掺杂浓度小于缓冲层的掺杂浓度；所述高阻区的外延层厚度大于N+短路区结深；所述N+短路区的结深小于P+掺杂区的结深。

进一步的，所述高阻区设置于缓冲层与N+短路区之间，且高阻区和N+短路区构成一整体与P+掺杂区并列交替设置在所述缓冲层与集电极金属层之间。所述高阻区的掺杂浓度小于缓冲层的掺杂浓度；所述高阻区的外延层厚度大于N+短路区的结深；所述N+短路区的结深小于P+掺杂区的结深；所述高阻区的外延层厚度与N+短路区的结深相加等于P+掺杂区的结深。

一种逆导型IGBT背面结构的制备方法，所述方法包括以下步骤：

1)将芯片背面减薄后，采用离子注入方式进行N型低浓度掺杂缓冲区杂质的外延生成，退火、离子激活及推结，形成缓冲层；

2)在缓冲层结构上外延生长低浓度掺杂N型杂质，形成高阻区；

3)在高阻区形成后，进行背面P型注入和退火，离子激活及推结，形成P+掺杂区；

4)在P+掺杂区形成后，通过光刻形成掩膜，在开口处采用离子注入方式进行N型注入与退火，离子激活及推结，形成N+短路区；

5)P+集电区与N+短路区结构完成后，采用淀积或蒸发方式生长集电极金属 层。

进一步的，所述步骤1)中退火为高温长时间退火工艺。所述步骤2)和3)中的退火为高温长时间退火或激光退火工艺。

进一步的，所述步骤3)中P+掺杂区的结深为0.5～1um。

进一步的，所述步骤2)中高阻区的掺杂N型杂质材料为硅或锗。

进一步的，所述高阻区的掺杂浓度小于缓冲层的掺杂浓度；所述高阻区的外延层厚度大于N+短路区的结深。