具有减少的恢复时间的二极管的制作方法

本公开涉及具有减少的恢复时间的二极管。具体地，本二极管适用于例如在可能经受所谓的电流再循环现象的应用中使用。更一般地，本二极管适用于在设想使二极管经历快速电压变化的应用中使用。

背景技术：

如已知的，所谓的电流再循环现象例如在输出电子级被连接到(期望或寄生)电感负载时出现。

例如，图1示出了控制级2，其包括第一晶体管4和第二晶体管6以及第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6。

具体地，第一晶体管4是pmos型的功率mosfet，并且包括第五二极管d5。第五二极管d5的阴极和阳极分别连接到第一晶体管4的源极端子和漏极端子。此外，第一晶体管4的源极端子被设置在第一(正)电源电压v+，而漏极端子被连接到第三二极管d3的阳极，其阴极形成了节点n。

第二晶体管6是nmos型的功率mosfet，并且包括第六二极管d6。第六二极管d6的阴极和阳极分别连接到第二晶体管6的漏极端子和源极端子。此外，第二晶体管6的源极端子被设置在第二(负或零)电源电压v-，而漏极端子被连接到第四二极管d4的阴极，其阳极连接到节点n。

第一二极管d1的阳极和阴极分别连接到第一晶体管4的节点n和源极端子。此外，第二二极管d2的阴极和阳极分别连接到节点n和第二晶体管6的源极端子。

节点n电连接到例如金属垫10。在该连接中，在第一晶体管4和/或第二晶体管6关断的情况下，第三和第四二极管d3和d4用于防止通过金属垫10来自外界的可能的信号穿过第五和第六二极管d5、d6。

再次关于金属垫10，其电连接到由串联电路形成的负载，其进而包括电感器l和电阻器r。

在使用中，第一和第二晶体管4、6通过各自的栅极端子被控制，以便不在同时进行传导。这已经说明，假设第一晶体管4处于导通，电流不在第一二极管d1中流动。此外，第二二极管d2维持在节点n上的电压和电压v-之间存在的电压，但是没有电流在其中之一流动。在这些条件下，特定电流在负载中流动，并且因此在电感器l和电阻器r中流动。

然后，在第二晶体管6保持关断的同时，第一晶体管4关断。在这些条件下，电感器l往往保持在第一晶体管4导通时穿过它的电流。然而，该电流现在由第二二极管d2递送达特定时间段。接下来，第二晶体管6被导通，并且使节点n的电压成为约等于v-的值。电流继续在第二二极管d2中流动，直到电感器l已经耗尽在先前导电步骤期间积累的能量。一旦所述能量被耗尽，对于先前导电步骤具有相反方向的电流穿过电感器l，该电流进一步流动通过第四二极管d4和第二晶体管6；在这些条件下，第二二极管d2开始关断。

这已经说明，如果在第二二极管d2完全关断(即，其没有累积的电荷)之前，第二晶体管6被关断，并且然后第一晶体管4被重新导通，则节点n上的电压上升。换言之，第一晶体管4往往迫使第二二极管d2以反向模式进行操作。然而，第二二极管d2尚未关断，并且必须在任何情况下维持节点n上存在的电压；在这些条件下，第二二极管d2可能经历故障，因为跨第二二极管d2的电压可以仅由没有载体的第二二极管d2的一部分维持。

在第二二极管d2中的电流的图的定性示例在图2中示图，其中v表示对节点n上的电压，其在第一时刻t1从约等于v+的值切换为约等于v-的值，并且在后续第二时刻t2，从约等于v-的值切换为约等于v+的值。此外，图2还示出了在下述假设下在第二二极管d2中流动的电流(表示为i)的图：在第一时刻t1之前的时刻t0处，第一晶体管4被关断，并且在所述时刻t0处，电流i等于值id。这已经说明，在时刻t0和第二时刻t2之间，电流i减小；然而，在第二时刻t2，即在第二晶体管6已经关断之后的时刻，第一晶体管4被重新导通，电流i不完全为零，或者在任何情况(未示出的情况)下，第二二极管d2没有被完全耗尽；即，其没有完全关断。为此，在第二时刻t2之后，在考虑到仍然存储在第二二极管d2中的电荷的情况下，电流i急剧减小，直至其反转其方向。具体地，在第三时刻t3，等于ir的反向电流穿过第二二极管d2，其然后在第四时刻t4时消失(出于便于理解的唯一目的，以特别简化的方式在图2中图示了耗尽图)。在实践中，可以注意，在第二时刻t2和第三时刻t3之间，第二二极管d2的故障可能发生。更一般地，在所谓的电流再循环没有发生的情况下，类似的考虑也适用，但是没有被完全关断的二极管在任何情况下经历突然电压改变。

一般地，正向偏置的二极管的关断的问题与所谓的恢复时间严格相关，而这进而取决于电荷如何被存储在二极管内等。当在上述类型的应用中使用时，恢复时间越长，二极管的故障的可能性越高。

这已经说明，在半导体功率整流器中的恢复过程的处理例如在ieee会议集第55卷第8号1967年8月的h.benda等人的“reverserecoveryprocessesinsiliconpowerrectifiers”中进行了发展。

为了减少二极管的恢复时间，已经提出了一些解决方案，其在分立二极管的情况下证明是有效的。具体地，已经提出将重新组合中心引入半导体中以加速过量载流子的重新组合，即，在导通期间累积的电荷的吸收。为此，能够执行重金属离子的注入，或者否则以高功率辐射来辐射半导体主体。以该方式，载流子的寿命降低。这些解决方案在分立二极管的情况下证明是特别有利的。然而，其在例如利用双极-cmos-dmos(bcd)技术集成在晶粒中的多组件器件的情况下基本上是不实际的，其中公知的是一种支持在同一双极裸片中的cmos和dmos晶体管的集成的技术(也被称为“智能功率”)。事实上，在金属离子注入的情况下，后者往往会扩散，污染整个半导体晶片。相反，在高能辐射的情况下，导致了在器件关断的情况下的漏电流的增加。

技术实现要素：

本公开的至少一个实施例是一种将至少部分地克服现有技术的缺点的二极管。

根据本公开的至少一个实施例，一种二极管，包括具有前表面的半导体主体、从前表面开始在半导体主体中延伸的沟槽以及在沟槽内布置的横向绝缘区域。半导体主体包括：具有第一导电类型的第一半导体区域，至少部分地面对前表面；以及具有第二导电类型的第二半导体区域。第二半导体区域至少部分地面对前表面并且与位于第一半导体区域的相反侧分隔开并且位于其上。沟槽包围第二半导体区域的至少一部分，并且外侧绝缘区域是接触第二半导体区域的电介质材料。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在仅通过非限制性示例的方式并且参考附图来描述其优选实施例，在附图中：

图1示出了已知类型的用于确定电感-电阻负载的电路的电路图；

图2是在图1中图示的电路中的电压和电流的定性时间图；

图3和图6示意性示出了本二极管的实施例的横截面；

图4示出了沿着图3中表示的截面线iv-iv取的图3中图示的二极管的横截面；以及

图5示出了在传统类型的二极管(虚线)和本二极管的实施例(实线)中流动的经由模拟获得的反向电流的时间图。

具体实施方式

图3示出了其中形成二极管22的裸片20的一部分。

具体地，裸片20包括p型半导体材料(例如，硅)的衬底24和n型半导体材料(例如，硅)的区域26，这在下文中被称为顶部裸片区域26。顶部裸片区域26在顶部和底部分别由第一表面s1和第二面s2来限定。此外，第二表面s2接触衬底24。在实践中，衬底24和顶部裸片区域26形成主体28，其由半导体材料(例如，硅)制成并且在顶部由第一表面s1来限定。例如，顶部裸片区域26可以是外延区域。

半导体主体28进一步包括n+型的区域30(即，具有高于顶部裸片区域26的掺杂水平的掺杂水平)，这将在下文中被称为内部区域30并且在顶部裸片区域26内从第一表面s1开始延伸；此外，内部区域30具有厚度w1。在不失去任何一般性的情况下，在俯视图(参见图4)中，内部区域30具有几乎矩形的形状，其短边用相应的半周长来替换，其与另一相同并且互为镜面。具体地，假设正交参考系xyz，其中，轴z垂直于第一表面s1，前述矩形的长边平行于轴y，而半圆周相对于平行于轴x的轴被镜面布置。此外，再一次对于第一近似并且在不失去任何一般性的情况下，内部区域30的形状可以被假定为相对于平行于轴z的变换是不变的。

半导体主体28进一步包括p型区域32，在下文中称为外围区域32。如图3中所示，外围区域32在顶部裸片区域26内从第一表面s1开始延伸。此外，在不失去任何一般性的情况下，外围区域32具有厚度w2>w1。

更具体地，外围区域32具有环形形状，并且以一定距离包围内部区域30。

再次在不失去任何一般性的情况下，在俯视图(参见图4)中，外围区域32具有下述形状：其包括环形的第一部分和环形的第二部分，其基本上是彼此相同的并且关于平行于轴x的轴被镜面地布置。环的第一和第二部分中的每一个对着180°的角。此外，在俯视图中，环的第一部分的每一端通过相应的矩形与环的第二部分的对应端接合。

二极管22进一步包括沟槽36，其延伸通过外围区域32，并且通过顶部裸片区域26的下层部分，直至其部分地穿过衬底24。沟槽36具有环形形状，并且由电介质材料形成(例如，氧化硅，不论热和/或沉积)的侧向绝缘区域38完全填充。在实践中，沟槽36限定了二极管22的有源区。

更具体地，在考虑到侧向绝缘区域38的插入的情况下，沟槽36延伸以将外围区域32划分成内部分33a和外侧部分33b，其在物理上彼此分离。

如在图4中更具体所示，外围区域32的内部分33a包括第一部分40a和第二部分40b。对于第一近似，第一和第二部分40a、40b是相同的，是平行六边形，并且被布置相对于内部区域30的相对侧上。在不失任何一般性的情况下，在俯视图中，外围区域32的内部分33a的第一和第二部分40a、40b具有近似矩形的形状，其长边平行于轴y。此外，再次在不失任何一般性的情况下，外围区域32的内部分33a包括第三部分40c和第四部分40d(图4中，为了便于理解，第一、第二、第三和第四部分40a-40d通过假想虚线分隔)。此外，在俯视图中，第三和第四部分40c、40d分别具有环的第三部分和环的第四部分，其基本上是相同的并且相对于平行于轴x的轴被镜面地布置。环的第三和第四部分中的每一个对着180°的角。

对于第一近似并且在不失任何一般性的情况下，其可以假定外围区域32的内部分33a也具有相对于平行于轴z的转换基本上不变的形状。此外，外围区域32的内部分33a的第三部分40c的第一端通过第一部分40a被接合到外围区域32的内部分33a的第四部分40d的第一端。类似地，第三部分40c的第二端通过外围区域32的内部分33a的第二部分40b被接合到第四部分40d的第二端。

更具体地，外围区域32的内部分33a由内表面si侧向地限定，其接触由外侧绝缘区域38并且通过外表面se包围的顶部裸片区域26的一部分(由27表示)的一部分，，其接触外侧绝缘区域38。具体地，外侧绝缘区域38的顶部部分与外围区域32的内部分33a(即，其由后者覆盖)接触，而底部接触顶部裸片区域26的上述部分27。

再次参考图3，二极管22进一步包括顶部电介质区域45(图4中不可见)，其由电介质材料(例如，热氧化物)精确制成。

顶部电介质区域45被图案化以分别形成第一窗口47和第二窗口49，这分别使得内部区域30的一部分和外围区域32的内部分33a的一部分能够保持暴露，以便于能够通过适当金属化(未示出)来保证其接触。

在不失任何一般性的情况下，在图3所示的实施例中，顶部电介质区域45包括一部分(由46a表示)，其具有环形形状并且覆盖与之直接接触的侧向绝缘区域38。此外，该顶部电介质区域45包括另一部分46b，在下文中称为场电介质区域46b，其具有环形形状并且包围内部区域30，直至其覆盖面向外围区域32的内部分33a的内部区域30。因此，场电介质区域46b以一定距离通过顶部电介质区域45的一部分46b被包围。此外，场电介质区域46b定义第一窗口47，并且与覆盖外侧绝缘区域38的顶部电介质区域45的一部分46一起定义第二窗口49。

再次参考图3中所示的实施例，仅通过示例的方式，即使实施例(未示出)在任何情况下是可能的，其中，顶部电介质区域45完全覆盖第一表面s1(例如，与后者直接接触)或者完全覆盖第一表面s1，顶部电介质区域45被布置为部分地在第一表面s1的顶部和并且部分地在其下方。关于顶部电介质区域45和第一表面s1的相互布置的这些考虑通常适用于本文描述的所有实施例。

在不失任何一般性的情况下，其可以进一步假设第二窗口49(并且因此还有外围区域32的内部分33a的底层暴露部分)具有沿其自身的周长的几乎恒定的宽度。此外，仅通过示例的方式并且对于第一近似，其可以同样假定场电介质区域46b具有沿其自身的周长的几乎恒定的宽度。再次通过示例的方式并且对于第一近似，可以假定内部区域30距外围区域32的内部分33a的第一和第二部分40a、40b几乎等距离。再次通过示例的方式并且在不失任何一般性的情况下，可以假定，对于第一近似，布置在外围区域32的内部分33a的第三部分40c和内部区域30之间的顶部裸片区域26的一部分27的第一部分在俯视图中具有环的第五部分的形状。类似地，对于第一近似，可以假定，布置在外围区域的内部部分33a的第四部分40d和内部区域30之间的顶部裸片区域26的一部分27的第二部分在俯视图中具有环的第六部分的形状，其可以与环的第五部分相同并且互为镜面。

不论实现的细节如何，二极管22包括由外围区域32的内部分33a形成的阳极区域以及由内部区域30形成的阴极区域，其用作富集的阴极区域，并且顶部裸片区域26的一部分27，其由外围绝缘区域38包围。此外，沟槽36保证电介质类型的电绝缘，也被称为深沟槽绝缘(dti)。因此，外围区域32的外侧部分33b和位于沟槽36外的顶部裸片区域26的一部分电与前述阳极和阴极区域电绝缘。关于位于沟槽36外的顶部裸片区域26的一部分，其可以容纳其他电子组件(未示出)。

由于在侧向绝缘区域38的附近的阳极区域、阴极区域和侧向绝缘区域38的布置，不存在仅针对增加的绝缘的半导体的显著部分，所述部分表示电荷可以累积在其中的区域，消耗累积的电荷所需要的时间进一步特别长。因此，二极管22以较短的恢复时间为特征，如图5所示。

具体地，图5示出了当反向电压在其被完全关断之前被施加到这些二极管时分别在传统类型的二极管中和二极管的本实施例中的反向电流的时间图的模拟。这已经说明，图5示出了可以通过本二极管实现的优点，其所累积的电荷(约等于由相应的电流曲线的正部分对着的区域)小于传统情况下的二极管。

图6示出了不同的实施例，这在下文中被限制性地描述为关于图3和图4中所示的实施例的差异，除另有规定。此外，在图3和图4中图示的实施例中已经存在的元件和区域用相同的术语来表示并且用相同的附图标记来指定，除非另有规定。

具体地，衬底24由n型半导体材料(例如，硅)区域50代替，在下文中称为底部区域50。此外，在底部裸片区域50和顶部裸片区域26之间布置有电介质材料(例如，氧化硅)的掩埋区域52，其因此接触底部裸片区域50和顶部裸片区域26二者。此外，沟槽36延伸到掩埋区域52，使得外侧绝缘区域38接触掩埋区域52，其用作底部绝缘区域。

在实践中，在图6中还图示了使得二极管22能够存储比传统二极管更少电荷并且在可以更快速消耗的区域中存储所述电荷的实施例，其因此具有在恢复时间中的减少。这是由于阳极区域延伸以与沟槽36接触并且包围阴极区域的事实而导致的；因此，二极管不具有仅执行绝缘功能的外围半导体区域，也被称为“备用硅区域”。可以进一步示出，所描述的实施例以高动态击穿电压(bv)为特征。

尽管没有示出，但是存在其他沟槽的实施例也是可能的，其在下文中被称为附加沟槽，其以一定距离包围沟槽36并且容纳附加外围绝缘区域。在该情况下，在侧向绝缘区域38和附加侧向绝缘区域之间存在无源半导体区域，即，一个与二极管22的阳极区域、阴极区域并且与外围区域32的外侧区域33b电分离。如果内部区域30和外围区域32的内部分33a在整个集成在裸片20中时参考不同于器件的地的电压，则无源半导体区域可以通过外围区域32的内部分33a被短路，以消除在外围区域32的内部分33a和外侧部分33b之间的横向压降。在任何情况下，电荷的累积可能没有在无源半导体区域中发生。

从先前已经描述和图示的，本解决方案提供的优点清楚地显现。

具体地，从其在正向偏置的区域中进行操作条件开始的本二极管可以在短的时间段中被关断，因为其最小化在导电步骤期间存储的电荷。此外，本二极管可以通过所谓的bcd类型的技术来实现；即，与传统bcd工艺相比，其不需要额外的步骤。此外，本二极管以小尺寸为特征，并且因此不涉及在生产成本中的任何增加或者寄生电容中的任何增加。

结果，清楚的是可以在不偏离本公开的范围的情况下对本文描述和图示的内容进行修改和变化。

例如，内部区域30和外围区域32的形状，特别是后者的内部分33a的形状，可以与已经描述的不同。更具体地，在内部区域30、外围绝缘区域38、外围区域32的内部分33a和外侧部分33b当中的一个或多个在俯视图中可以具有圆形顶点的矩形的形状。

类似地，侧向绝缘区域38和顶部电介质区域45的形状也可以与已经描述的不同，以及相应的材料。另一方面，侧向绝缘区域38甚至可能只是部分；即，其可以仅形成具有环形形状的一个或多个部分(可能的话，彼此分离)。

还可能的是，阳极区域，即外围区域32的内部分33a，不是单片的；即，其可以包括物理上彼此分离的多个子部分，在该情况下，内部区域30可以不完全由阳极区域包围。此外，在该情况下，仅侧向绝缘区域38的顶部的一部分与外围区域32的内部分33a的子部分接触。类似地，内部区域30可能也不是单片的。

掺杂的类型也可以相对于已经描述的反转。

根据本文讨论的各种实施例的二极管22可以用于实现图1中描绘的输出电路的控制级2的二极管d1-d4中的任何一个，以便于产生根据本公开的一些实施例的控制级和输出电路。

上述各种实施例可以被组合以提供其他实施例。可以根据以上具体的描述来对实施例进行这些和其他改变。一般地，在下面的权利要求中，所使用的术语不应当被解释为限制权利要求以具体化说明书和权利要求中公开的实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例以及这样的权利要求所具有的等价物的完整范围。因此，权利要求不受本公开的限制。