專利名稱：新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)由于雙極型三極管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管和成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，具有絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的高輸入阻抗及雙極型三極管的低導(dǎo)通壓降、以及驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，無論在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造方面， 如電機(jī)調(diào)速、各種高頻開關(guān)電源等，還是在新能源的開發(fā)方面，如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電和新能源汽車等，以及新興產(chǎn)業(yè)方面，如智能電網(wǎng)、軌道交通等，作為電力電子系統(tǒng)核心開關(guān)器件的IGBT都起到了不可取代的關(guān)鍵的作用。常規(guī)非穿通型(NPT)絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)見

圖1所示，僅由P型發(fā)射區(qū)及集電極構(gòu)成，常規(guī)場(chǎng)阻斷型(FS)絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)見圖2所示，僅由N型阻擋區(qū)、 P型發(fā)射區(qū)及集電極構(gòu)成，通態(tài)壓降主要由背面接觸電阻及多子注入比決定，如果該發(fā)射區(qū)濃度大，多子注入效率高，可以保證背面歐姆接觸，通態(tài)壓降可以做小，但開關(guān)時(shí)間，特別是關(guān)斷時(shí)間就會(huì)比較長(zhǎng)，如果該發(fā)射區(qū)濃度小，多子注入效率低，開關(guān)時(shí)間，特別是關(guān)斷時(shí)間比較短，但背面接觸電阻大，通態(tài)壓降高，因此低通態(tài)壓降和低開關(guān)損耗經(jīng)常難以協(xié)調(diào)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種能解決絕緣柵雙極晶體管通態(tài)特性和開關(guān)特性之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，同時(shí)又能盡量控制成本的新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型為達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是一種新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，其特征在于在絕緣柵雙極晶體管硅片背面從里至外依次連接有N型第二阻擋區(qū)、P 型第二發(fā)射區(qū)、N型第一阻擋區(qū)以及P型第一發(fā)射區(qū)和集電極。其中所述N型第二阻擋區(qū)的厚度在0 10 μ m，P型第二發(fā)射區(qū)的厚度在0. 1 2 μ m，N型第一阻擋區(qū)的厚度在0. 1 2 μ m，P型第一發(fā)射區(qū)的厚度在0. 05 2 μ m。所述的N型第二阻擋區(qū)的厚度在0. 1 5 μ m，P型第二發(fā)射區(qū)中的厚度在0. 3 1. 5μπι，Ν型第一阻擋區(qū)的厚度在0. 3 1. 5μπι，Ρ型第一發(fā)射區(qū)中的厚度在0. 1 0. 5μπι。本實(shí)用新型在絕緣柵雙極晶體管硅片背面分別注入N型離子注入、P型離子注入、 N型離子注入以及P型離子注入，以構(gòu)成Ρ/Ν/Ρ/Ν+多級(jí)發(fā)射區(qū)和阻擋區(qū)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，通過合理調(diào)整N型和P型離子注入劑量和注入能量，使P型第一發(fā)射區(qū)與背面金屬保證良好的歐姆接觸，N型第一阻擋區(qū)能調(diào)節(jié)P型第一發(fā)射區(qū)的空穴注入效率，控制集電極注入空穴的濃度，P型第二發(fā)射區(qū)提供漂移區(qū)內(nèi)的空穴注入，起到電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通過二級(jí)發(fā)射區(qū)和一級(jí)阻擋區(qū)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂移區(qū)內(nèi)的空穴分布精確控制的目的，通過N型第二阻擋區(qū)能進(jìn)一步調(diào)節(jié)上述兩級(jí)發(fā)射區(qū)的空穴注入效率，同時(shí)可阻擋來自于正面的電場(chǎng)，提高器件的擊穿電壓，解決了歐姆接觸和低注入效率的矛盾，較好地解決了通態(tài)特性和開關(guān)特性之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，本實(shí)用新型在常規(guī)NPT-IGBT背面工藝流程的基礎(chǔ)上利用多次離子注入工藝，使其背面形成P/N/P/礦多級(jí)發(fā)射區(qū)和阻擋區(qū)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，工藝成本不會(huì)明顯增加，卻能顯著提升絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)的性能。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1是常規(guī)非穿通型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是常規(guī)場(chǎng)阻斷型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4是常規(guī)與本實(shí)用新型的新型絕緣柵雙極晶體管通態(tài)電壓(V。ESAT(V))和關(guān)斷時(shí)間(tf(ns))的曲線圖。其中1-集電極，2-P型第一發(fā)射區(qū)，3-N型第一阻擋區(qū)，4-P型第二發(fā)射區(qū)，5-N型第二阻擋區(qū)。
具體實(shí)施方式
見圖3所示，是本實(shí)用新型的新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，絕緣柵雙極晶體管硅片背面從里至外依次連接有N型第二阻擋區(qū)5、P型第二發(fā)射區(qū)4、N型第一阻擋區(qū)3 以及P型第一發(fā)射區(qū)2和集電極1，即背面結(jié)構(gòu)為P/N/P/N+多級(jí)發(fā)射區(qū)和阻擋區(qū)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，N型第二阻擋區(qū)5的厚度在0 10 μ m，該厚度可控制在0. ΙμπκΟ. 5μπι、1μπι、2μπι、 4μπ 、5μπ 、8μπ 、9μπ 、10μπ 等，最好控制在0. 1 5 μ m之間，通過該N型第二阻擋區(qū)能調(diào)節(jié)上述兩級(jí)發(fā)射區(qū)的注入效率，同時(shí)可阻擋來自于正面的電場(chǎng)。本實(shí)用新型的P型第二發(fā)射區(qū)4的厚度在0. 1 2μ ，該厚度可控制在0. 3μπκ0. 5μπκ0. 8μπ 、1μπ 、1. 2μπκ 1. 5 μ m、1. 8 μ m等，最好控制在0. 3 1. 5 μ m，以有效地提供漂移區(qū)內(nèi)的空穴注入，起到電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。本實(shí)用新型N型第一阻擋區(qū)3的厚度在0. 1 2 μ m，該厚度可控制在0. 3 μ m、 0. 5 μ m、0. 8 μ m、1 μ m、1. 2 μ m、1. 5 μ m、1. 8 μ m 等，最好控制在 0. 3 1. 5 μ m，使該 N 型第一阻擋區(qū)能調(diào)節(jié)P型第一發(fā)射區(qū)的空穴注入效率，控制集電極注入空穴的濃度。本實(shí)用新型 P型第一發(fā)射區(qū)的厚度在0. 05 2 μ m，該厚度可控制在0. 1 μ m、0. 2 μ m、0. 3 μ m、0. 4 μ m、 0. 5μπκ0. 8μπ 、1μπ 、1. 5μπ 等，最好控制在0. 1 0. 5 μ m，使其與背面金屬保證良好的歐姆接觸，同時(shí)更好的調(diào)節(jié)P型第一發(fā)射區(qū)的空穴注入效率，控制集電極注入空穴的濃度。本實(shí)用新型通過N型離子和P型離子注入需合理調(diào)整其注入劑量和注入能量，通過兩級(jí)發(fā)射區(qū)和兩級(jí)阻擋區(qū)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂移區(qū)內(nèi)的空穴分布精確控制的目的，解決了歐姆接觸和低注入效率的矛盾，較好地解決了通態(tài)特性和開關(guān)特性之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。表1是本實(shí)用新型非穿通型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)中的P型第二發(fā)射區(qū)4、N型第一阻擋區(qū)3以及P型第一發(fā)射區(qū)2的各厚度。表 權(quán)利要求1.一種新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，其特征在于在絕緣柵雙極晶體管硅片背面從里至外依次連接有N型第二阻擋區(qū)、P型第二發(fā)射區(qū)、N型第一阻擋區(qū)以及P型第一發(fā)射區(qū)和集電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，其特征在于所述N型第二阻擋區(qū)的厚度在0 10 μ m，P型第二發(fā)射區(qū)的厚度在0. 1 2 μ m，N型第一阻擋區(qū)的厚度在0. 1 2 μ m，P型第一發(fā)射區(qū)的厚度在0. 05 2 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的N型第二阻擋區(qū)的厚度在0. 1 5 μ m，P型第二發(fā)射區(qū)中的厚度在0. 3 1. 5 μ m，N型第一阻擋區(qū)的厚度在0.3 1. 5 μ m，P型第一發(fā)射區(qū)中的厚度在0. 1 0.5 μ m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種新型絕緣柵雙極晶體管背面結(jié)構(gòu)，在絕緣柵雙極晶體管硅片背面從里至外依次連接有N型第二阻擋區(qū)、P型第二發(fā)射區(qū)、N型第一阻擋區(qū)以及P型第一發(fā)射區(qū)和集電極。本實(shí)用新型將原背結(jié)構(gòu)P型級(jí)發(fā)射區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)镻/N/P/N+多級(jí)發(fā)射區(qū)和阻擋區(qū)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)漂移區(qū)內(nèi)的空穴分布精確控制的目的，在顯著提高器件的性能下，解決了歐姆接觸和低注入效率的矛盾，較好地解決了通態(tài)特性和開關(guān)特性之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。
文檔編號(hào)H01L29/739GK202221762SQ201120345700
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月15日
發(fā)明者劉利峰, 吳迪, 張景超, 戚麗娜, 林茂, 趙善麒 申請(qǐng)人:江蘇宏微科技有限公司