雙向開關的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開內容總體上涉及電子部件，并且更具體地針對在半導體襯底之內和之上形成單片式雙向開關。
【背景技術】
[0002]最常規(guī)的雙向開關是三端雙向可控硅開關元件(triac)。三端雙向可控硅開關元件對應于兩個晶閘管的反并聯聯結。其可以直接連接到例如主電網的交流電(A.C.)網絡中。常規(guī)三端雙向可控硅開關元件的柵極對應于形成其的這兩個晶閘管中的至少一個的陰極柵極，并且參考定位在該三端雙向可控硅開關元件的正表面(即，包括該柵極電極的表面)上的主電極(或者功率傳導電極)、定位在該三端雙向可控硅開關元件的另一表面或者背表面上的主電極(或者功率傳導電極)，接收功率信號。
[0003]在美國專利N0.6，034，381、N0.6，593，600、N0.6，380，565 和 N0.6，818，927 (通過參考并入)中描述的類型的雙向開關將在下文更詳細地描述，該類型的雙向開關通過在定位于部件的正表面上的柵極電極與定位于部件的相對表面或背表面上的主電極之間施加電壓而被觸發(fā)。
[0004]圖1不出了這種雙向開關的等效電路圖。開關控制電極G連接至雙極晶體管T的發(fā)射極，該雙極晶體管τ的集電極連接至在兩個主電極A1和A2之間反并聯設置的第一晶閘管Thl和第二晶閘管Th2的陽極柵極。電極A1連接至晶閘管Thl的陽極，并且連接至晶閘管Th2的陰極。電極A1也連接至晶體管T的基極。電極A2連接至晶閘管Th2的陽極，并且連接至晶閘管Thl的陰極。
【實用新型內容】
[0005]本申請的目的在于提供一種能夠改進雙向開關的控制靈敏度的方案。
[0006]—個實施例提供了一種雙向開關，其形成在包括正表面和背表面的第一導電類型的半導體襯底之內和之上，包括:第一主垂直晶閘管，具有第二導電類型的背表面層；第二主垂直晶閘管，具有第一導電類型的背表面層；第三輔助垂直晶閘管，具有與第一主垂直晶閘管的背表面層相同的第二導電類型的背表面層；第二導電類型的外圍區(qū)域，圍繞第一主垂直晶閘管、第二主垂直晶閘管和第三輔助垂直晶閘管，并且將第三輔助垂直晶閘管的背表面層連接至定位在襯底的另一側上的該晶閘管的第二導電類型的中間層；第一金屬化層(metallizat1n)，連接第一主垂直晶閘管和第二主垂直晶閘管的背表面；以及具有絕緣功能的結構，定位在第三輔助垂直晶閘管的背表面層和第一金屬化層之間，并且在第一主垂直晶閘管的外圍的部分下方延伸，所述結構包括:由絕緣材料制成的第一區(qū)域，覆蓋襯底的背表面；以及由第一導電類型的半導體材料制成的第二區(qū)域，占據與由第一區(qū)域所占據的面積基本上互補的面積。
[0007]根據一個實施例，第一主垂直晶閘管和第三輔助垂直晶閘管的背表面層形成在第二導電類型的相同的層中，該層基本上在開關的整個表面之上延伸，并且第一金屬化層基本上在開關的整個背表面之上延伸。
[0008]根據一個實施例，第一主垂直晶閘管和第二主垂直晶閘管相鄰，并且第三輔助垂直晶閘管定位在第一主垂直晶閘管的與第二主垂直晶閘管相對的一側上。
[0009]根據一個實施例，絕緣結構在定位于沿著第一主垂直晶閘管和第二主垂直晶閘管之間的相鄰邊緣行進的線的與第二主垂直晶閘管相對的一側上的、開關的整個表面下方延伸。
[0010]根據一個實施例，在底視圖中絕緣結構在第一主垂直晶閘管的周圍延伸，除了第一主垂直晶閘管的與第二主垂直晶閘管相鄰的邊緣的位置處之外。
[0011]根據一個實施例，絕緣結構的第一區(qū)域在第三輔助垂直晶閘管下方延伸，而絕緣結構的第二區(qū)域從在第一主垂直晶閘管和第二主垂直晶閘管之間的相鄰邊緣一直延伸到第一區(qū)域。
[0012]根據一個實施例，絕緣結構的第二區(qū)域的厚度小于第二主垂直晶閘管的背表面層的厚度。
[0013]根據一個實施例，第一主垂直晶閘管具有第一導電類型的正表面層；第二主垂直晶閘管具有第二導電類型的正表面層；并且第三輔助垂直晶閘管具有第一導電類型的正表面層，開關進一步包括:第二金屬化層，連接第一主垂直晶閘管和第二主垂直晶閘管的正表面層；以及第三金屬化層，覆蓋第三輔助垂直晶閘管的正表面層。
[0014]根據一個實施例，在頂視圖中開關具有總體上為矩形的形狀，并且第二主垂直晶閘管、第一主垂直晶閘管和第三輔助垂直晶閘管沿著開關的長度對齊。
[0015]根據一個實施例，在頂視圖中開關具有總體上為正方形的形狀，并且第二主垂直晶閘管、第一主垂直晶閘管和第三輔助垂直晶閘管沿著開關的對角線對齊。
[0016]根據本申請的方案，能夠顯著地改進雙向開關的控制靈敏度。
【附圖說明】
[0017]上述以及其他特征和優(yōu)點，將結合附圖在以下對特定實施例的非限制性說明中論述，其中:
[0018]上述的圖1是雙向開關的一個示例的電路圖；
[0019]圖2A和圖2B分別是雙向開關的一個不例的簡化截面圖和簡化頂視圖；
[0020]圖3A至圖3C是雙向開關的一個實施例的簡化截面圖和底視圖；以及
[0021]圖4A和圖4B分別是圖3A至圖3C的雙向開關的一個備選實施例的頂視圖和底視圖。
【具體實施方式】
[0022]為了清楚起見，在各個附圖中相同的元件被標示有相同的附圖標記，并且進一步地，按照在集成電路表示中的慣例，各個附圖并未按比例繪制。進一步地，在以下說明中，除非另外指示，否則術語“大致”、“基本上”、“大約”和“在……數量級”是指“在20%之內”，并且指示方向的術語，諸如“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“垂直”等，適用于如在對應視圖中圖示的那樣布置的器件，應理解，在實踐中該器件可以具有不同的方向。
[0023]圖2A和圖2B分別為參照圖1描述的類型的雙向開關的單片式實施例的簡化截面圖和簡化頂視圖。圖2A是沿著圖2B的平面A-A的截面圖。出于簡化的目的，圖2A的電極和鈍化層未在圖2B的頂視圖中示出。晶體管T形成在附圖的右手部。晶閘管Thl和Th2為垂直晶閘管，在本示例中相鄰，分別定位在附圖的中央和左方。
[0024]圖2A和圖2B的結構形成自N型摻雜的半導體襯底101，例如硅襯底。晶閘管Thl和Th2中的每一個都包括在襯底的正表面和背表面之間延伸的交替導電類型的四個層的堆疊。晶閘管Thl的陽極，或者晶閘管Thl的背表面層，對應于形成在襯底101的下表面或背表面?zhèn)鹊腜型摻雜的層103。在本示例中，層103基本上在襯底的整個表面之上延伸。晶閘管Thl的陰極，或者晶閘管Thl的正表面層，對應于N型摻雜的區(qū)域105，該區(qū)域105在襯底的上表面或正表面?zhèn)壬闲纬稍谛纬捎谡砻鎮(zhèn)鹊腜型摻雜的阱107中。在本示例中，晶閘管Thl的陰極區(qū)域105占據了阱107的表面的僅僅部分，而晶閘管Th2的陽極或者晶閘管Th2的正表面層對應于阱107的另一部分。晶閘管Th2的陰極，或者晶閘管Th2的背表面?zhèn)申驅贜型摻雜的區(qū)域109，該區(qū)域109在層103中的背表面?zhèn)壬闲纬稍谂c區(qū)域105占據的面積基本上互補的面積中。因此，晶閘管Thl的有源部分通過區(qū)域105以及區(qū)域107、101和103的與區(qū)域105相對的部分的堆疊而形成，而晶閘管Th2的有源部分通過區(qū)域109、103、101和107的與晶閘管Thl的有源部分的其余部分相對的部分的堆疊而形成。
[0025]在其周邊，開關包括P型摻雜的區(qū)域111，該區(qū)域111從襯底的正表面一直延伸到層103并且形成圍繞晶閘管Thl和Th2以及晶體管T的垂直環(huán)形壁。區(qū)域111例如通過從襯底的兩個表面驅入而獲得。開關柵極由N型區(qū)域113形成，該N型區(qū)域113在正表面?zhèn)壬闲纬稍谂c外圍區(qū)域111接觸的P型摻雜的阱115中。作為一個變化例(未示出)，區(qū)域113可以直接形成在外圍區(qū)域111的上部分中。進一步地，作為一個變化例(未示出)，阱115可以與外圍區(qū)域111分隔開并且通過金屬化層連接至