专利名称：Igbt集电极结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子元件的结构，尤其是一种IGBT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I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。但是这种器件饱和导通压降随着温度升高而升高(正温度系数)，适于并联应用；另外这种结构的器件抗短路能力很好。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2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，但是其N+缓冲层是在正面工艺完成之后，在背面通过五价元素高能的注入及退火来实现，对设备要求很高，工艺要求较高实现起来比较复杂，此外FS型器件抗短路能力要比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
本发明的目的是补充现有技术中存在的不足，提供一种IGBT集电极结构，综合了NPT型器件及FS型器件的优点，采用了本结构的IGBT，一方面其厚度与FS型器件相当，器件的动静态性能与FS型器件相当。同时，由于背面N+缓冲层是间隔分布，器件的抗短路能力较好，同时Vce (sat)为较为强烈的正温度系数，可以满足并联应用的需求。另外本发明的间隔分布的N+缓冲层(即间隔分布N+型区域层)是跟随N-型基区正面经历所有热过程后形成的，其退火足够充分导致五价元素推进深度足够大，不需要进行高能的注入形成，对设备要求较低。本发明采用的技术方案是
一种IGBT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间隔分布N+型区域层，以及在N-型基区的背面，上述间隔分布N+型区域层未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层。所述间隔分布N+型区域层是由五价元素在N-型基区的背面间隔注入后，并且跟随着经历了 N-型基区的正面的所有热过程后形成。所述间隔分布N+型区域层或者是通过在N-型基区的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了 N-型基区的正面的所有热过程后得到。本发明的优点采用了本结构的IGBT，一方面厚度与FS型器件相当，器件的动静态性能与FS型器件相当。同时，由于背面N+缓冲层是间隔分布，器件的抗短路能力较好。本结构形成时，不需要进行五价元素的高能注入，对设备要求较低。
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具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图4、图5、图6所示
一种IGBT集电极结构，包括N-型基区3，还包括在N-型基区3的背面形成的间隔分布N+型区域层5，以及在N-型基区3的背面，上述间隔分布N+型区域层5未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层6。所述间隔分布N+型区域层5是由五价元素在N-型基区3的背面间隔注入后，并且跟随着经历了 N-型基区3的正面的所有热过程后形成。所述间隔分布N+型区域层5或者是通过在N-型基区3的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了 N-型基区3的正面的所有热过程后得到。下面详细说明本IGBT集电极结构的制备方法，如图3、图4、图5、图6所示。(a)首先根据设计目标选取合适的衬底材料，作为N-型基区3的材料；如图3所示，将未减薄的N-型硅圆片作为衬底材料。(b)其次，如图4所示，将衬底减薄后作为N-型基区3，在N-型基区3的背面间隔地注入五价元素(不需要高能注入)；由于在这一步不进行退火，注入的五价元素形成的间隔分布N+型浅层4还只是停留在N-型基区3背面的表面很小薄层内。(c)然后，在对N-型基区3的背面进行保护后，对于N-型基区3的正面进行正面的完整的工艺处理，其中包含热过程；步骤(b)中形成的N-型基区3背面的间隔分布N+型浅层4跟随着经历了 N-型基区3的正面的所有热过程(其中包括退火过程)，形成了间隔分布N+型区域层5。如图5所示，由于退火足够充分，间隔分布N+型区域层5能够较为深入N-型基区3背面。(d)最后，对N-型基区3的正面保护后，在N-型基区3的背面，上述间隔分布N+型区域层5未覆盖区域，将三价元素间隔地注入，随后经过低温退火或者激光退火，形成所述间隔分布P+型集电极层6。本方法中，五价元素的注入在开始时候就进行，其后会跟随N-型基区3正面经历所有热过程，其退火足够充分，推进深度足够大，形成的结构可以承受一定耐压，提高器件的耐压。通过控制五价元素与三价元素注入区域面积的比率，可以有效的控制注入效率，提升了器件的动态性能。在上述(b)步骤中，也可以通过在N-型基区3的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，刻蚀去不需要的部分，留下需要的部分，即得到间隔分布N+型浅层4。
权利要求
1.一种IGBT集电极结构，包括N-型基区(3)，其特征在于还包括在N-型基区(3)的背面形成的间隔分布N+型区域层(5)，以及在N-型基区(3)的背面，上述间隔分布N+型区域层(5)未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层(6)。
2.如权利要求I所述的IGBT集电极结构，其特征在于所述间隔分布N+型区域层(5)是由五价元素在N-型基区(3)的背面间隔注入后，并且跟随着经历了 N-型基区(3)的正面的所有热过程后形成。
3.如权利要求I所述的IGBT集电极结构，其特征在于所述间隔分布N+型区域层(5)是通过在N-型基区(3)的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了 N-型基区(3)的正面的所有热过程后得到。
全文摘要
本发明提供一种IGBT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间隔分布N+型区域层，以及在N-型基区的背面，上述间隔分布N+型区域层未覆盖区域形成的间隔分布P+型集电极层。所述间隔分布N+型区域层是由五价元素在N-型基区的背面间隔注入后，并且跟随着经历了N-型基区的正面的所有热过程后形成。或者所述间隔分布N+型区域层是通过在N-型基区的背面外延生长一层N+型层，然后通过间隔刻蚀后，并且跟随着经历了N-型基区的正面的所有热过程后得到。本发明用于形成IGBT的集电极结构。
文档编号H01L29/08GK102931223SQ20121049461
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者陈宏 , 朱阳军, 吴凯, 徐承福, 卢烁今 申请人:江苏物联网研究发展中心