逆导型IGBT功率器件及其制备的方法和电子设备与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种逆导型igbt功率器件，以及制备该逆导型igbt功率器件的方法和具有该逆导型igbt功率器件的电子设备。

背景技术：

1、igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)由于其不但具有mosfet器件易于驱动，控制简单的优点，又有功率晶体管导通压降低，通态电流大，损耗小的优点，在电力电子器件中显现出巨大优势，已成为功率器件的核心。

2、当功率器件igbt在电力电子系统中使用时，通常需要其额外搭配续流二极管(free wheeling diode，fwd)，从而来确保系统的安全稳定。额外搭配的fwd增加了器件的个数，同时需要进行封装，并且额外的封装会增加焊点数，从而增加了生产成本，并且影响器件的可靠性。

3、当前，已有研究人员提出一种具有igbt和二极管集成的器件称为逆导igbt(reverse conducting igbt,rc-igbt)，该器件通过在集电区上引入n+集电区来实现，传统的逆导型igbt功率器件，如图1所示，通过在集电区上引入n+集电区8’来实现，其中，9’为p+型集电区。但是，这种传统的逆导型igbt结构，在正向导通时会出现电压回折(voltagesnapback)即出现负阻效应。目前，有些结构中通过增加背部p+集电区的宽度来解决负阻效应，有些结构中通过在背面设置沟槽结构和浮空终止环来降低电压回折现象，从而抑制负阻效应，但是都会造成逆导型igbt器件其它性能降低。因此，为了解决负阻现象，逆导型igbt功率器件结构有待进一步改善。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明第一方面实施例提出一种逆导型igbt功率器件，可以抑制负阻效应。

3、本发明第二方面实施例还提出一种制备逆导型igbt功率器件的方法。

4、本发明第三方面实施例还提出一种具有逆导型igbt功率器件电子设备。

5、为了解决上述问题，本发明第一方面实施例提出的逆导型igbt功率器件包括至少一个元胞，所述元胞包括：

6、第一导电类型的电场区，所述电场区的正面形成有正面结构，所述电场区的背面设置有集电极结构；其中，所述集电极结构包括第一导电类型的第一集电极层、第二导电类型的第二集电极层、集电极插入层、集电极互连部和集电极，所述第二集电极层和所述第一集电极层位于所述电场区的下表面，所述第二集电极层与所述第一集电极层相接触，所述第二集电极层和所述第一集电极层均与所述集电极连接，所述集电极插入层位于所述电场区中，所述集电极插入层通过所述集电极互连部与所述第二集电极层连接。

7、根据本发明实施例的逆导型igbt功率器件，通过在电场区设置集电极插入层，集电极插入层通过集电极互连部与第二集电极层连接，增长了第二集电极层在功率器件横向的长度，在正向导通时，延长了集电极收集电子的路径，可以更快地增加电势差达到第二集电极层与电场区之间结导通的要求，pn结更快地正向导通，降低了电压回折，从而抑制负阻效应，该结构也不会降低器件其它性能。

8、为了解决上述问题，本发明第二方面实施例的制备逆导型igbt功率器件的方法，包括：提供衬底，其中，所述衬底具有电场区；在所述电场区的正面通过光刻、氧化、离子注入和沉积制备正面结构；在所述电场区的背面通过光刻、离子注入或外延制备第一导电类型的第一集电极层和第二导电类型的第二集电极层以及在所述电场区中制备第二导电类型的集电极插入层和集电极互连部，其中，所述集电极插入层通过所述集电极互连部与所述第二集电极层电连接；在所述第一集电极层和所述第二集电极层的下表面制备金属电极以形成集电极。

9、本发明实施例的制备逆导型igbt功率器件的方法，通过在所述电场区中制备集电极插入层，所述集电极插入层通过所述集电极互连部与所述第二集电极层电连接，增长了第二集电极层在功率器件横向的长度，在正向导通时，延长了集电极收集电子的路径，可以更快地增加电势差达到第二集电极层与电场区之间结导通的要求，pn结更快地正向导通，降低了电压回折，从而抑制负阻效应，也不会降低功率器件其它性能。

10、为了解决上述问题，本发明第三方面实施例提出的电子设备，包括至少一个上面实施例的逆导型igbt功率器件。

11、本发明实施例的电子设备，通过采用上面实施例的逆导型igbt功率器件，减少了电压回折现象，可以有效抑制负阻效应，提高产品性能。

12、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述逆导型igbt功率器件包括至少一个元胞，所述元胞包括：

2.根据权利要求1所述的逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述电场区为漂移区，所述集电极插入层设置于所述漂移区中。

3.根据权利要求1所述的逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述电场区包括漂移区和场截止层，所述场截止层与所述漂移区的下表面接触，所述集电极插入层设置于所述场截止层中。

4.根据权利要求1所述的逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述逆导型igbt功率器件包括多个沿功率器件横向设置的所述元胞，相邻两个元胞的集电极插入层与第二集电极层在功率器件横向上存在交叠。

5.根据权利要求1所述的逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述逆导型igbt功率器件包括多个沿功率器件横向设置的所述元胞；

6.根据权利要求1所述的逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述集电极结构包括多个集电极插入层，多个所述集电极插入层沿功率器件纵向排布，每个所述集电极插入层均通过集电极互连部与所述第二集电极层连接。

7.根据权利要求1所述的逆导型igbt功率器件，其特征在于，所述集电极插入层与所述第二集电极层具有预设距离，所述集电极互连部的一端与所述集电极插入层的端部或中间部位连接，所述集电极互连部的另一端与所述第二集电极层的端部或中间部位连接

8.一种制备逆导型igbt功率器件的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的制备逆导型igbt功率器件的方法，其特征在于，所述提供衬底包括：

10.根据权利要求9所述的制备逆导型igbt功率器件的方法，其特征在于，在所述电场区的背面通过光刻、离子注入和外延制备第一导电类型的第一集电极层和第二导电类型的第二集电极层、集电极插入层和集电极互连部，包括：

11.根据权利要求9所述的制备逆导型igbt功率器件的方法，其特征在于，在所述电场区的背面通过光刻、离子注入制备第一导电类型的第一集电极层和第二导电类型的第二集电极层、集电极插入层和集电极互连部，包括：

12.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-7任一项所述的逆导型igbt功率器件。

技术总结
本发明提出一种逆导型IGBT功率器件及其制备方法，逆导型IGBT功率器件包括至少一个元胞，元胞包括：第一导电类型的电场区，所述电场区的正面形成有正面结构，所述电场区的背面形成有集电极结构，集电极结构包括第一导电类型的第一集电极层、第二导电类型的第二集电极层、集电极插入层、集电极互连部和集电极，所述集电极插入层位于所述电场区中，所述集电极插入层通过所述集电极互连部与所述第二集电极层连接。本发明的逆导型IGBT功率器件，正向导通时，可以减少电压折回现象，有效抑制负阻效应，提高器件性能。

技术研发人员：常乐,许园波,卢汉汉
受保护的技术使用者：比亚迪半导体股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4