双向开关制造技术

本申请涉及双向开关。提供一种形成在衬底中的双向开关，包括：反并联的第一主垂直晶闸管和第二主垂直晶闸管；第三辅助垂直晶闸管，具有与第一晶闸管的背表面层相同的背表面层；外围区域，围绕这些晶闸管，并且将背表面层连接至定位在衬底的另一侧的第三晶闸管的相同导电类型的中间层；金属化层，连接第一晶闸管和第二晶闸管的背表面；以及绝缘结构，定位在第三晶闸管的背表面层和金属化层之间，并且在第一晶闸管的外围下方延伸，这种结构包括：由绝缘材料制成的第一区域；以及由半导体材料制成的互补区域。

【技术实现步骤摘要】
双向开关本申请是申请日为2015年7月23日、申请号为201510437423.4、题为“双向开关”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求于2014年7月23日提交的法国专利申请第14/57089号的优先权权益，其内容在法律允许的最大程度上通过全文引用被并入本文。
本公开内容总体上涉及电子部件，并且更具体地针对在半导体衬底之内和之上形成单片式双向开关。
技术介绍
最常规的双向开关是三端双向可控硅开关元件(triac)。三端双向可控硅开关元件对应于两个晶闸管的反并联联结。其可以直接连接到例如主电网的交流电(A.C.)网络中。常规三端双向可控硅开关元件的栅极对应于形成其的这两个晶闸管中的至少一个的阴极栅极，并且参考定位在该三端双向可控硅开关元件的正表面(即，包括该栅极电极的表面)上的主电极(或者功率传导电极)、定位在该三端双向可控硅开关元件的另一表面或者背表面上的主电极(或者功率传导电极)，接收功率信号。在美国专利No.6,034,381、No.6,593,600、No.6,380,565和No.6,818,927(通过参考并入)中描述的类型的双向开关将在下文更详细地描述，该类型的双向开关通过在定位于部件的正表面上的栅极电极与定位于部件的相对表面或背表面上的主电极之间施加电压而被触发。图1示出了这种双向开关的等效电路图。开关控制电极G连接至双极晶体管T的发射极，该双极晶体管T的集电极连接至在两个主电极A1和A2之间反并联设置的第一晶闸管Th1和第二晶闸管Th2的阳极栅极。电极A1连接至晶闸管Th1的阳极，并且连接至晶闸管Th2的阴极。电极A1也连接至晶体管T的基极。电极A2连接至晶闸管Th2的阳极，并且连接至晶闸管Th1的阴极。
技术实现思路
一个实施例提供了一种双向开关，其形成在包括正表面和背表面的第一导电类型的半导体衬底之内和之上，包括：第一主垂直晶闸管，具有第二导电类型的背表面层；第二主垂直晶闸管，具有第一导电类型的背表面层；第三辅助垂直晶闸管，具有与第一晶闸管的背表面层相同的第二导电类型的背表面层；第二导电类型的外围区域，围绕第一晶闸管、第二晶闸管和第三晶闸管，并且将第三晶闸管的背表面层连接至定位在衬底的另一侧上的该晶闸管的第二导电类型的中间层；第一金属化层(metallization)，连接第一晶闸管和第二晶闸管的背表面；以及具有绝缘功能的结构，定位在第三晶闸管的背表面层和第一金属化层之间，并且在第一晶闸管的外围的部分下方延伸，所述结构包括：由绝缘材料制成的第一区域，覆盖衬底的背表面；以及由第一导电类型的半导体材料制成的第二区域，占据与由第一区域所占据的面积基本上互补的面积。根据一个实施例，第一晶闸管和第三晶闸管的背表面层形成在第二导电类型的相同的层中，该层基本上在开关的整个表面之上延伸，并且第一金属化层基本上在开关的整个背表面之上延伸。根据一个实施例，第一晶闸管和第二晶闸管相邻，并且第三晶闸管定位在第一晶闸管的与第二晶闸管相对的一侧上。根据一个实施例，绝缘结构在定位于沿着第一晶闸管和第二晶闸管之间的相邻边缘行进的线的与第二晶闸管相对的一侧上的、开关的整个表面下方延伸。根据一个实施例，在底视图中绝缘结构在第一晶闸管的周围延伸，除了第一晶闸管的与第二晶闸管相邻的边缘的位置处之外。根据一个实施例，绝缘结构的第一区域在第三晶闸管下方延伸，而绝缘结构的第二区域从在第一晶闸管和第二晶闸管之间的相邻边缘一直延伸到第一区域。根据一个实施例，绝缘结构的第二区域的厚度小于第二晶闸管的背表面层的厚度。根据一个实施例，第一晶闸管具有第一导电类型的正表面层；第二晶闸管具有第二导电类型的正表面层；并且第三晶闸管具有第一导电类型的正表面层，开关进一步包括：第二金属化层，连接第一晶闸管和第二晶闸管的正表面层；以及第三金属化层，覆盖第三晶闸管的正表面层。根据一个实施例，在顶视图中开关具有总体上为矩形的形状，并且第二晶闸管、第一晶闸管和第三晶闸管沿着开关的长度对齐。根据一个实施例，在顶视图中开关具有总体上为正方形的形状，并且第二晶闸管、第一晶闸管和第三晶闸管沿着开关的对角线对齐。附图说明上述以及其他特征和优点，将结合附图在以下对特定实施例的非限制性说明中论述，其中：上述的图1是双向开关的一个示例的电路图；图2A和图2B分别是双向开关的一个示例的简化截面图和简化顶视图；图3A至图3C是双向开关的一个实施例的简化截面图和底视图；以及图4A和图4B分别是图3A至图3C的双向开关的一个备选实施例的顶视图和底视图。具体实施方式为了清楚起见，在各个附图中相同的元件被标示有相同的附图标记，并且进一步地，按照在集成电路表示中的惯例，各个附图并未按比例绘制。进一步地，在以下说明中，除非另外指示，否则术语“大致”、“基本上”、“大约”和“在……数量级”是指“在20％之内”，并且指示方向的术语，诸如“横向”、“上”、“下”、“顶”、“垂直”等，适用于如在对应视图中图示的那样布置的器件，应理解，在实践中该器件可以具有不同的方向。图2A和图2B分别为参照图1描述的类型的双向开关的单片式实施例的简化截面图和简化顶视图。图2A是沿着图2B的平面A-A的截面图。出于简化的目的，图2A的电极和钝化层未在图2B的顶视图中示出。晶体管T形成在附图的右手部。晶闸管Th1和Th2为垂直晶闸管，在本示例中相邻，分别定位在附图的中央和左方。图2A和图2B的结构形成自N型掺杂的半导体衬底101，例如硅衬底。晶闸管Th1和Th2中的每一个都包括在衬底的正表面和背表面之间延伸的交替导电类型的四个层的堆叠。晶闸管Th1的阳极，或者晶闸管Th1的背表面层，对应于形成在衬底101的下表面或背表面侧的P型掺杂的层103。在本示例中，层103基本上在衬底的整个表面之上延伸。晶闸管Th1的阴极，或者晶闸管Th1的正表面层，对应于N型掺杂的区域105，该区域105在衬底的上表面或正表面侧上形成在形成于正表面侧的P型掺杂的阱107中。在本示例中，晶闸管Th1的阴极区域105占据了阱107的表面的仅仅部分，而晶闸管Th2的阳极或者晶闸管Th2的正表面层对应于阱107的另一部分。晶闸管Th2的阴极，或者晶闸管Th2的背表面侧，对应于N型掺杂的区域109，该区域109在层103中的背表面侧上形成在与区域105占据的面积基本上互补的面积中。因此，晶闸管Th1的有源部分通过区域105以及区域107、101和103的与区域105相对的部分的堆叠而形成，而晶闸管Th2的有源部分通过区域109、103、101和107的与晶闸管Th1的有源部分的其余部分相对的部分的堆叠而形成。在其周边，开关包括P型掺杂的区域111，该区域111从衬底的正表面一直延伸到层103并且形成围绕晶闸管Th1和Th2以及晶体管T的垂直环形壁。区域111例如通过从衬底的两个表面驱入而获得。开关栅极由N型区域113形成，该N型区域113在正表面侧上形成在与外围区域111接触的P型掺杂的阱115中。作为一个变化例(未示出)，区域113可以直接形成在外围区域111的上部分中。进一步地，作为一个变化例(未示出)，阱115可以与外围区域111分隔开并且通过金属化层连接至外围区域111。进一步地，作为一个变化例(未示出)，外围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双向集成电路开关，包括：第一导电类型的半导体衬底，具有正表面和背表面；第一垂直晶闸管，包括阳极，所述阳极由所述衬底的在所述背表面处的具有第二导电类型的第一区域形成；第二垂直晶闸管，包括阴极，所述阴极由所述衬底的在所述背表面处的具有所述第一导电类型的第二区域形成，所述第二区域被形成在所述第一区域中；控制电路器件，形成在所述半导体衬底中，并且耦合到所述第一垂直晶闸管和所述第二垂直晶闸管；所述衬底的第三区域，所述第三区域在所述背表面处的具有所述第一导电类型，通过所述第一区域的一部分而与所述第二区域分离，所述第三区域被形成在所述第一区域中；绝缘材料，在不与所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域对应的位置处涂覆所述半导体衬底的所述背表面；其中所述第二区域、所述第三区域和所述绝缘材料围绕所述第一区域；以及金属化层，所述金属化层在所述绝缘材料上，所述金属化层涂覆并接触在所述半导体衬底的所述背表面上的所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域。

【技术特征摘要】
2014.07.23 FR 14570891.一种双向集成电路开关，包括：第一导电类型的半导体衬底，具有正表面和背表面；第一垂直晶闸管，包括阳极，所述阳极由所述衬底的在所述背表面处的具有第二导电类型的第一区域形成；第二垂直晶闸管，包括阴极，所述阴极由所述衬底的在所述背表面处的具有所述第一导电类型的第二区域形成，所述第二区域被形成在所述第一区域中；控制电路器件，形成在所述半导体衬底中，并且耦合到所述第一垂直晶闸管和所述第二垂直晶闸管；所述衬底的第三区域，所述第三区域在所述背表面处的具有所述第一导电类型，通过所述第一区域的一部分而与所述第二区域分离，所述第三区域被形成在所述第一区域中；绝缘材料，在不与所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域对应的位置处涂覆所述半导体衬底的所述背表面；其中所述第二区域、所述第三区域和所述绝缘材料围绕所述第一区域；以及金属化层，所述金属化层在所述绝缘材料上，所述金属化层涂覆并接触在所述半导体衬底的所述背表面上的所述第一区域、所述第二区域和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·蒙纳德，D·阿利，
申请(专利权)人：意法半导体图尔公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR