薄二极管的制作方法

薄二极管
1.相关申请的交叉参考
2.本技术要求于2020年12月24日提交的标题为“diodes fines”的法国专利申请号“fr2014147”的优先权，通过引用在法律允许的最大范围内并入本文。
技术领域
3.本发明总体上涉及电子装置及其制造方法，并且更具体地，涉及包括二极管的装置。


背景技术：

4.电子装置(具体是能够安装在汽车中的电子装置)包括专用于控制电机的、包括二极管和绝缘栅双极晶体管(igbt)的模块。在这种情况下，二极管可接收能够达到5,000a/μs的电流开关速度。
5.通常，在这种类型的模块中使用薄二极管，因为它们能够跨相对相似的厚度关联二极管和晶体管。然而，薄二极管适于2,000a/μs左右的电流开关速度。较高的开关值引起二极管的劣化，甚至损坏。


技术实现要素：

6.需要适于大电流开关的二极管。
7.一个实施例克服了包括二极管的已知装置的全部或部分缺点。
8.一个实施例提供了一种包括二极管的装置，其中二极管的阳极包括第一区、第二区和第三区，第一区部分地覆盖第二区并且具有的掺杂水平大于第二区的掺杂水平，第二区部分地覆盖第三区并且具有的掺杂水平大于第三区的掺杂水平，第一绝缘层与第一区和第二区部分地重叠。
9.一个实施例提供了一种制造二极管的方法，包括形成第一区、第二区和第三区，第一区部分地覆盖第二区并且具有的掺杂水平大于第二区的掺杂水平，第二区部分地覆盖第三区并且具有的掺杂水平大于第三区的掺杂水平，第一绝缘层与第一区和第二区部分地重叠。
10.根据一个实施例，第一区被第一绝缘层和导电层覆盖。
11.根据一个实施例，第一区的掺杂水平是第二区的掺杂水平的至少10倍，并且第二区的掺杂水平是第三区的掺杂水平的至少10倍。
12.根据一个实施例，第一区的掺杂水平在1e17atoms/cm3到1e20atoms/cm3的范围内，第二区的掺杂水平在1e15atoms/cm3到1e17atoms/cm3的范围内，以及第三区的掺杂水平在1e14atoms/cm3到1e17atoms/cm3的范围内。
13.根据一个实施例，第一区与第一绝缘层的重叠延伸至少等于5μm的长度，优选至少等于10μm的长度。
14.根据一个实施例，第一区与第一绝缘层的重叠在第二区与第一绝缘层的重叠的四
分之一到四分之三的范围内的部分之上延伸。
15.根据一个实施例，第一绝缘层在第一区的整个外围之上延伸。
16.根据一个实施例，第三区的至少一部分向下延伸到比第一区和第二区的深度更深的深度。
17.根据一个实施例，第一、第二和第三区与第一绝缘层接触。
18.根据一个实施例，该方法包括：在半导体衬底中，在二极管的位置的外围形成保护环，该环的掺杂水平基本与第三区的掺杂水平相同。
19.根据一个实施例，该方法包括形成第二绝缘层，第二绝缘层包括暴露环内侧的衬底和环的一部分的第一开口，并且包括通过第一开口掺杂衬底具有第二区的掺杂水平的一部分。
20.根据一个实施例，该方法包括形成第三绝缘层以及通过第三绝缘层掺杂衬底具有第一区的掺杂水平的部分。
21.根据一个实施例，该方法包括形成部分地暴露第一区的位置的第二开口。
附图说明
22.上述特征和优点以及其他将在以下具体实施例的描述中被详细描述，这些具体实施例是通过图示而非参考附图进行限制，其中：
23.图1示出了包括二极管的装置的一个实施例；
24.图2a部分地示出了图1的实施例的制造步骤的结果；
25.图2b部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果；
26.图2c部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果；
27.图2d部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果；以及
28.图2e部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果。
具体实施方式
29.类似特征在各附图中通过类似参考标号来指定。具体地，各种实施例中常见的结构和/或功能特征可具有相同的参考标号，并且可设置相同的结构、尺寸和材料特性。
30.为了清楚，仅对有助于理解本文所述实施例的步骤和元件进行详细说明和描述。具体地，将不详细描述包括二极管的装置的使用。
31.除非另有说明，否则当提及两个元件连接在一起时，这表示直接连接，除导体外无任何中间元件，而当提及两个元件耦合在一起时，这表示这两个元件可以连接或者它们可经由一个或多个其他元件耦合。
32.在以下公开中，除非另有规定，否则当提及绝对位置限定词(诸如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等)或相对位置限定词(诸如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)或方向限定词(诸如“水平”、“垂直”等)时，参考图中所示的方向。
33.除非另有规定，否则表述“大约”、“近似”、“基本上”和
“…
的等级”表示在10％以内，优选在5％以内。
34.图1示出了包括二极管10的装置的实施例。
35.该装置包括衬底11。衬底11由半导体材料(例如，硅)制成。优选地，二极管10是薄
二极管。换句话说，衬底厚度(例如，对应于二极管厚度)优选小于150μm，优选小于100μm，例如基本等于90μm。
36.衬底11包括区域12。区域12由与衬底11相同的半导体材料制成。区域12掺杂有第一导电类型。优选地，区域12为n型掺杂。区域12随后形成二极管10的阴极。
37.该装置还包括位于区域12顶部且优选与区域12接触的区域14。区域14由与衬底11相同的半导体材料制成。区域14掺杂有与第一导电类型不同的第二导电类型。优选地，区域14为p型掺杂。区域14随后形成二极管10的阳极。区域12和区域14之间的界面形成二极管的pn结。因此，二极管是所谓的“垂直”二极管，即，p区域和n区域的堆叠是垂直的。换句话说，pn结(即，p掺杂区和n掺杂区之间的界面平面)是水平的。
38.该装置还包括支撑件16。例如，支撑件16由导电材料(例如，铜)制成。
39.衬底11位于支撑件16上。优选地，衬底11通过导电层18与支撑件16分离。层18优选由金属制成。例如，层18是焊接金属层，其能够将衬底11接合到支撑件16。层18形成二极管的连接到阴极的电极。
40.因此，该装置包括堆叠，该堆叠按顺序包括支撑件16、层18和衬底11。优选地，区域12形成衬底11的下部，而区域14形成衬底11的上部。因此，优选地，堆叠按顺序包括支撑件16、层18、区域12和区域14。
41.例如，层18完全覆盖与二极管10相对的支撑件16。类似地，衬底11优选地在二极管的层级处完全覆盖层18。
42.优选地，部分12由此从层18(即，从衬底11的下表面)延伸到与区域14的界面。优选地，区域14从与区域12的界面延伸到衬底11的上表面。
43.区域14包括部分20或保护环。部分20优选位于二极管10的外围。因此，部分20位于阳极14的外围。因此，二极管10的有源区优选位于环20的内部和/或环20的下方。
44.区域14还包括延伸到环20的内侧的部分22。因此，部分20环绕部分22。更具体地，部分22在环20的内侧延伸到衬底11的整个表面。部分20比部分22更深，例如，至少是其两倍。部分22优选地具有基本恒定的深度。部分20和22均从衬底的上表面开始延伸。
45.该装置还包括绝缘材料层24。层24在衬底11的上表面之上延伸，优选与衬底11的上表面接触。更具体地，层24优选在部分20的至少一部分之上以及衬底11环绕部分20的上表面之上延伸。层24优选不在部分22之上延伸。
46.例如，层24的端部(即，最靠近部分22的部分)的厚度小于层24的其余部分的厚度。具有较低厚度的部分位于部分20上，优选仅位于部分20上。因此，与环20外侧的衬底相对并且优选在环的一部分之上，层24优选具有第一厚度，优选基本恒定。因此，在层24的端部层级处，与部分20的一部分相对，层24优选具有第二厚度，该第二厚度优选地显著小于第一厚度。
47.该装置还包括导电层26，其例如由金属制成。层26位于部分22上，优选与部分22接触。层26进一步至少部分地覆盖层24的具有第二厚度的端部。优选地，层26完全覆盖层24的具有第二厚度的端部。优选地，层26部分地覆盖层24的具有第一厚度的部分。层26形成二极管的电极，其连接到阳极。
48.该装置包括绝缘层27。层27是钝化层。层27覆盖层24(优选为完全覆盖)，并且部分地覆盖层26。层26的一部分(例如，中心部分)未被层27覆盖，从而能够与层26形成电接触件
(未示出)。该装置还包括保护层28。层28优选由绝缘材料制成。例如，层28由树脂制成。层28覆盖导电层26和层24。
49.区域14包含三个掺杂水平。第一掺杂水平位于用虚线包围的区30中。区30允许阴极和电极26之间更有效的连接。例如，第一掺杂水平对应于从1e17atoms/cm3到1e20atoms/cm3范围内的掺杂。第二掺杂水平位于用虚线包围的区32中。例如，第二掺杂水平对应于1e15atoms/cm3和1e17atoms/cm3范围内的掺杂。优选地，第一掺杂水平是第二掺杂值的至少十倍，优选至少一百倍。区域22的既不在区30中也不在区32中的区域形成为区34。因此，区34位于二极管的外围，换句话说，位于二极管的外侧。区34具有第三掺杂水平。例如，第三掺杂水平对应于从1e14atoms/cm3到1e17atoms/cm3范围内的掺杂。优选地，第二掺杂水平是第三掺杂值的至少十倍。
50.区30优选位于整个部分22中的衬底的上表面的层级处。因此，区30与层26接触。此外，区30延伸到层24下方并与层24接触，特别是在层24具有第二厚度的端部下方。因此，层24与区30的一部分重叠。
51.区32环绕区30。因此，区32延伸至区30下方并与区30接触。换句话说，区32延伸到区30的对面。此外，区32沿区30的侧壁延伸，以到达层24。区32延伸到整个部分22两侧。此外，区32部分地延伸到层24两侧。具体地，区32延伸到层24的具有第二厚度的端部两侧。优选地，区32一直延伸到层24的具有基本恒定厚度(基本等于第一厚度)的部分的极限。换句话说，区32一直延伸到具有基本等于第一厚度的基本恒定厚度的部分与具有比第一厚度小的厚度的部分之间的分离处。因此，区32与层24接触。
52.实际上，区30和32形成二极管的阳极。
53.优选地，区34环绕区32。因此，区34优选地延伸到区32下方并与区32接触。优选地，区34不与区30接触。换句话说，区34延伸到区30和区32的两侧。区34优选延伸到整个部分22的两侧。此外，区34优选地环绕区30和32延伸，以到达层24。区34沿区32的侧壁延伸。因此，区34优选与层24接触，优选与具有第一厚度的部分接触。优选地，区34不与层24的端部接触，即，不与层24的厚度小于第一厚度的部分接触。因此，区34与层24接触。
54.因此，层24的一部分(尤其是端部的一部分)在区30、32和34两侧。层24的另一部分(尤其是端部的另一部分)在区32和34的两侧，但不在区30的两侧。层24的一部分(尤其是厚度基本等于第一厚度的部分)在区34的两侧，但不在区30和32的两侧。
55.在优选实施例中，区域22仅包括区30和32。因此，区域22包括对应于区32的下部和对应于区30的上部。因此，区34仅存在于区域20中。因此，在本实施例中，区34环绕二极管的有源区。因此，区34位于二极管外围。
56.区30与层24的重叠或覆盖优选地在区32与层24的重叠的四分之一到四分之三范围内的部分上方延伸。换句话说，区30与层24的重叠优选地在区32与层24的重叠长度的四分之一到四分之三的范围内的长度上延伸。术语长度是指图1的截面中的最长尺寸，换句话说，层34的端部到层24具有第一厚度的部分之间方向上的尺寸。
57.换句话说，区30与层24的重叠的表面区域对应于区32与层24的重叠的表面区域的四分之一到四分之三范围内的部分。
58.例如，区30与层24的重叠优选在至少5μm、优选至少10μm的部分上延伸，例如在5μm到20μm的范围内(例如，基本等于10μm)延伸。
59.图2a至图2e示出了形成图1的结构的步骤，优选是连续步骤。图2a至图2e仅示出了图1结构的一部分，方法步骤在未示出的部分中类似地执行。
60.图2a部分地示出了图1的实施例的制造步骤的结果。
61.在该步骤期间，导电层18被形成在支撑件16上。优选地，层18在二极管10的位置处完全覆盖支撑件16。
62.例如，支撑件16由绝缘材料制成，例如由氧化硅或氮化硅制成，或者由半导体材料制成，例如由硅制成。例如，导电层18由金属制成。
63.半导体衬底11(优选由硅制成)形成在层18上，例如，通过层18接合到支撑件。因此，衬底11至少部分地通过导电层18与支撑件分离。
64.优选地，衬底11是薄衬底。换句话说，衬底11优选具有小于150μm、优选小于100μm(例如，基本等于90μm)的高度。
65.层40被形成在衬底11的表面上。层40由绝缘材料(例如，氧化硅)制成。优选地，层40完全覆盖衬底11的上表面(即，距离支撑件16最远的表面)。
66.图2a的步骤还包括形成区域20，即，保护环。区域20通过掺杂(优选使用p型掺杂剂)环绕二极管的有源区的位置的环而形成。优选地，区域20的掺杂在1e14atoms/cm3到1e17atoms/cm3的范围内。
67.例如，区域20的形成包括蚀刻掩模(未示出，例如树脂)的初步形成，蚀刻掩模覆盖衬底11，除了区域20位于开口两侧的位置。经由掩模中的开口执行衬底11的掺杂以形成区域20。在形成区域20之后移除蚀刻掩模。
68.保护环优选延伸到衬底高度的一半以下。因此，环优选地不会一直延伸到层18和支撑件16。因此，区域20通过衬底11在区域20形成期间未被掺杂的一部分与支撑件16和层18分离。
69.保护环的形成优选包括退火步骤。
70.图2b部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果。
71.在该步骤期间，层40被蚀刻以形成开口，该开口暴露区32的位置，即，环20的内侧和环的一部分，换句话说，被环和环的一部分环绕的区域。因此，层40部分地覆盖环20，并覆盖环20外侧的衬底11。优选地，层40位于层24的具有第一厚度的部分的位置处。
72.该步骤还包括区域22的形成。更具体地，该步骤包括经由形成在层40中的开口掺杂衬底11。因此，层40被用作蚀刻掩模。因此，使用与区32的掺杂相对应的掺杂水平来掺杂区32的位置，并且优选地掺杂区30的位置。因此，区域22和区域20的一部分掺杂有区32的掺杂水平。因此，区32的掺杂水平停止在层40的端部的层级处。
73.在该步骤期间掺杂的区域基本具有区域22的深度，因此浅于区域20。
74.图2c部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果。
75.该步骤包括在图2b的结构上生长层40的材料，优选为氧化硅。因此，层40被层42替换。层42包括第一部分(位于图2b的层40的位置处)和第二部分(位于层40的位置处)。第一和第二部分各自具有基本恒定的厚度。第一部分的厚度大于第二部分的厚度，例如至少两倍大。
76.然后，该步骤包括形成区30。更具体地，该步骤包括掺杂或过掺杂在图2b的步骤期间掺杂的部分区。因此，形成比区32更重掺杂的区30。该掺杂步骤经由蚀刻掩模中的开口
(未示出)执行。
77.图2d部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果。
78.在该步骤期间，在层42中形成开口，以形成层24。层42中的开口部分地暴露区30。开口未完全暴露区30。区30的外围部分被层24覆盖。
79.图2e部分地示出了图1的实施例的另一制造步骤的结果。
80.在该步骤期间，在图2d的结构上形成导电层。然后，蚀刻该导电层以形成层26。因此，层26通过层24中的开口与衬底11接触。因此，层26形成二极管的电极。
81.然后，在结构上形成绝缘层28，特别是覆盖层26。
82.该装置的形成还可包括未示出的步骤，例如形成导电通孔，例如穿过层28以将层26耦合到其他电子元件。
83.可以选择不执行与图2c对应的步骤。然后，通过在图2d的步骤中沉积的绝缘层的开口执行区30的掺杂。因此，区30不会延伸到层24下方。然而，在操作中，在区30的端部(即，最靠近层24的部分)中，将形成电荷库。这将导致在操作期间，特别是在薄二极管中，形成从该部分延伸到层18的线电流(current filament)。沿着该线，特别是在层18的层级处，温度将增加，例如可能达到300℃以上。这会导致二极管和层18的劣化，例如通过将层18与衬底分离。
84.所描述实施例的优点在于，区30与氧化物的重叠能够避免在相对较小的体积内形成过大的电荷库。由此，这降低了二极管劣化的风险。
85.已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员应理解，可以组合这些各种实施例和变型的特定特征，并且本领域技术人员将想到其他变型。
86.最后，基于上文给出的功能指示，所述实施例和变型的实际实施在本领域技术人员的能力范围内。
87.一种包括二极管(10)的装置，其中，二极管的阳极可概括为包括第一区(30)、第二区(32)和第三区(34)，第一区(30)部分地覆盖第二区(32)并且掺杂水平大于第二区(32)的掺杂水平，第二区(32)部分地覆盖第三区(34)并且掺杂水平大于第三区(34)的掺杂水平，第一绝缘层(24)与第一区和第二区部分地重叠。
88.一种二极管(10)的制造方法可概括为包括形成第一区(30)、第二区(32)和第三区(34)，第一区(30)部分地重叠第二区(32)并且掺杂水平大于第二区(32)的掺杂水平，第二区(32)部分地覆盖第三区(34)并且掺杂水平大于第三区(34)的掺杂水平，第一绝缘层(24)与第一区和第二区部分地重叠。
89.第一区(30)可被第一绝缘层(24)和导电层(26)覆盖。
90.第一区(30)的掺杂水平可以是第二区(32)的掺杂水平的至少10倍，并且第二区(32)的掺杂水平可以是第三区(34)的掺杂水平的至少10倍。
91.第一区(30)的掺杂水平可在1e17atoms/cm3到1e20atoms/cm3的范围内，第二区(32)的掺杂水平可在1e15atoms/cm3到1e17atoms/cm3的范围内，以及第三区(34)的掺杂水平可在1e14atoms/cm3到1e17atoms/cm3的范围内。
92.第一区(30)与第一绝缘层(24)的重叠可延伸至少等于5μm，优选至少等于10μm的长度。
93.第一区(30)与第一绝缘层(24)的重叠可在第二区(32)与第一绝缘层(24)的重叠
的四分之一到四分之三的范围内的部分之上延伸。
94.第一绝缘层(24)可在第一区(30)的整个外围之上延伸。
95.第三区(34)的至少一部分可向下延伸到比第一区(30)和第二区(32)的深度更深的深度。
96.第一区(30)、第二区(32)和第三区(34)可与第一绝缘层(24)接触。
97.该方法可包括：在半导体衬底(11)中，在二极管(10)的位置的外围形成保护环(20)，该环的掺杂水平基本等于第三区(34)的掺杂水平。
98.该方法可包括形成第二绝缘层(40)，第二绝缘层(40)包括第一开口，第一开口暴露衬底(11)在环内侧的部分以及环的一部分，并且包括通过第一开口掺杂衬底具有第二区(32)的掺杂水平的部分。
99.该方法可包括形成第三绝缘层(24)，以及通过第三绝缘层掺杂衬底(11)的具有第一区(30)的掺杂水平的部分。
100.该方法可包括形成部分地暴露第一区(30)的位置的第二开口。
101.可以组合上述各种实施例以提供进一步的实施例。根据上面的详细描述，可以对实施例进行这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限于说明书和权利要求中公开的特定实施例，而应被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所要求的全部等同范围。因此，权利要求不受本公开的限制。