專利名稱：平面雙端開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一個新型雙端開關(diac)，特別是能夠使所述元件裝配變得簡單的元件。
背景技術：
圖1表示的是傳統雙端開關的結構，該結構組成于具有第一導電類型(這里是P型)的襯底1。在襯底的每一邊(分別是區域2、3)，組成具有相反導電類型(這里是N型)的重摻雜區。為了得到足夠高的擊穿電壓，人們使用了所謂的臺面技術(mesa technology)，該技術包括位于同一晶片上制作的兩個雙端開關之間的邊緣刻蝕凹槽。切過P-N+結區域時的槽角是決定器件外圍的擊穿電壓的一個重要參數。另一個重要參數是在凹槽處所使用的鈍化產品4的選擇。
雙端開關的上表面和下表面覆有金屬層M1和M2。傳統的雙端開關是一個小尺寸的器件，它的厚度小于0.3mm，它的表面具有0.5mm×0.5mm的大小。
針對雙端開關提供有特殊的封裝，例如，在含有芯片的玻璃管的任意一側裝備的活塞系統。
為了避免與臺面技術以及形成凹槽相關的困難，人們期望制作平面型的雙端開關，例如圖2中的同樣也是形成于P型襯底1的器件。襯底的上表面和下表面(分別是11、12)覆有掩膜層(例如二氧化硅)，在中間提供有一個窗口，通過這個窗口形成一個N+的擴散區域(分別是13、14)。這些平面結構能夠獲得結區域外圍的滿意的平面結構，但也帶來了裝配的困難。事實上，要把芯片焊接在一個支撐晶片的金屬上變得很困難，這是因為，當焊接橫向延伸到所在區域的范圍以外時，某一個N+區域就會和P型襯底發生短路。所以必須這樣提供金屬層例如在N+區域13和14用銀球15和16來形成，這樣就增加了裝配的復雜性而且也提高了費用。
這樣，要裝配一個像圖2中那樣的平面雙端開關，必須使用非常特殊的封裝和裝配模式。
圖3表示的是一個雙端開關的典型特性。這樣的一個器件不能被看成是兩個頭尾相接的齊納二極管。事實上，當兩個結區域中的一個處于雪崩狀態時，另一個向襯底注入的正向結區域的存在導致了一個導通類型(breakover)效應。這樣，當加在雙端開關上的電壓達到值VBO時，雙端開關就被擊穿。只要電流處在一個給定的范圍內，電壓會隨即降到一個中間電壓值Vf。如果電流超出了這個范圍，加在雙端開關上的電壓將會回升。在圖3所示的例子中，電壓值VBO是32伏，電壓值Vf是13伏，導通時間的電流值在0.3μA的量級(也就是說，雙端開關具有非常小的漏電流)，并且，和電壓Vf相應的電流值處在10到100毫安的量級范圍以內。
正如圖3所示，圖1和圖2中所示的雙端開關具有對稱的特性。電壓值VBO本質上依賴于N+區和P型襯底間結區域的摻雜水平。正向電壓值Vf本質上依賴于摻雜水平以及襯底1的厚度，這可以被認為是一個和N+區相應的具有發射極和集電極的晶體管的懸空基極。該基極必須讓由正向結區域注入的載流子能夠通過。在寬度很大的情況下，載流子壽命就必須很長，也就是說必須采用輕摻雜。如果基極的尺寸變小，基極中的載流子壽命必須減少，例如利用金屬擴散。這些折衷決定了上述電壓值Vf。
一般來說，半導體制造商都被要求提供具有確定VBO和Vf值的雙端開關。例如，一個具有電壓VBO 32V±12％的雙端開關，從VBO到Vf的電壓降具有最小值10V，其不對稱性小于理想值的幾個百分點，這樣的器件是人們所期望的。
發明內容
本發明的目標之一就是提供這樣一種易于制造的雙端開關，也就是一種平面的但不是臺面型的器件，它可以輕易的裝配在一連接柵格上，該連接柵格包括一基座，所述器件的一表面焊接在該基座上。
為了達到此目標，本發明提供了一個非對稱雙端開關，它包括一個具有第一導電類型的重摻雜的襯底，一個位于襯底上表面的具有第二導電類型的輕摻雜外延層，一個位于該外延層上表面的具有第一導電類型的重摻雜區域，一個位于第一導電類型區域下但不延伸出所述層范圍的具有第二導電類型的且比外延層更重摻雜的區域，一個位于第一區域以外的具有第二導電類型的比外延層更重摻雜的溝道停止環，以及一個位于所述環以外的和襯底相接的具有第一導電類型的器壁。
根據本發明的實施例，第一導電類型是N型。
本發明還提供了一個組成對稱雙端開關的裝置，它包括兩個反并聯的上述非對稱雙端開關。
根據本發明的一個實施例，裝配包括，一個后表面焊接在第一導電晶片上的第一雙端開關，一個后表面焊接在第二導電層的第二雙端開關，每個雙端開關的上表面被焊接在支持著另一個雙端開關的導電晶片上。
前面所述的本發明的目標、特征和優點將在下面具體實施例的非限制描述中通過參考附圖詳細討論，在附圖中圖1表示根據現有技術的臺面型雙端開關；圖2表示根據現有技術的平面型雙端開關；圖3表示一個雙端開關的電流/電壓特性；圖4是一個根據本發明的雙端開關的結構的簡化截面圖；圖5表示根據本發明的雙端開關的電流/電壓特性；圖6表示的是根據本發明的雙端開關的裝配示意圖；圖7表示根據本發明反并聯裝配的雙端開關；圖8表示根據本發明的雙端開關的一個組成示例的擴散分布。
具體實施例方式
如圖4所示，本發明提供在包括一個具有第一導電類型的重摻雜襯底21的結構上形成一個雙端開關，該第一導電類型以下將被認為是N型。一個P型外延層22形成在該襯底上。一個比區域22更重摻雜的區域23通過第一掩膜形成在外延層22中。一個N型區24通過第二掩膜形成于區域23之上，并從各方向延伸至區域23以外，且比區域23更重摻雜。這樣，P型摻雜區域23的一部分保持在N型摻雜區域24的下面。一個具有溝道停止功能的P型環25在在區域24的外圍且和區域24分離。器件外圍被重摻雜的N型器壁26占據，它穿過外延層25并和襯底21相接。器壁26在環25以外并和它分離。該器壁是緊隨外延層22之后形成的。
一個金屬層M1形成于N+區域24的上表面，還有一個金屬層M2形成于N+襯底21的下表面。這樣，雙端開關就在金屬層M1和M2之間得到。溝道停止區25具有防止漏電流在外延層22的上表面以下的區域從金屬層M1經由器壁26和襯底21流向金屬層M2的功能。器壁26具有防止襯底21和外延層22之間的結區域露出器件以外的功能。
雙端開關中的第一結區域對應于N+區域24與P型區23之間的結區域，而雙端開關中的第二結區域對應于外延層22和襯底21之間的結區域。該雙端開關的這種結構使得金屬層M2能夠被焊接在可能屬于一個連接柵格的金屬基座上。事實上，即使焊接在橫向延伸，并能夠到達雙端開關的器壁上，它們仍然不能形成短路，這是因為橫向器壁是均勻的N+型，就像和金屬層M2接觸的層一樣。
如圖5所示，必須注意根據本發明的雙端開關具有非對稱特性。位于上表面一邊的結區域的擊穿電壓要低于位于下表面一邊的結區域的擊穿電壓。這是由于這樣的事實和N+區域24一起設定正雪崩電壓(以金屬層M2位參考)的P型區23要比和N+區域21一起設定負擊穿電壓(仍以金屬層M2位參考)的P型外延區22摻雜更重。
這樣的非對稱雙端開關在一些類型的應用中是有利的。
然而，如果希望擊穿電壓對稱，這也是非常可能的如圖6所示，根據本發明通過將兩個雙端開關反并聯裝配在一起就可實現。這可以利用一個事先存在的用于小尺寸晶體管的連接柵格，如圖7所示，這里的小尺寸晶體管在切割后包括一個基座31，兩個電極條32和33。兩個雙端開關35和36的后表面分別被焊接在基座31和諸如電極條33上。雙端開關36的上表面利用導線37焊接在基座31上，而雙端開關35的上表面利用導線38焊接在電極條32上。通過位于電極條32和33之間的短路，根據圖6的兩個頭尾相接的反并聯的雙端開關就在組成第一電極的電極條31和短接電路39之間得到了。這樣，一個根據圖6的完美的對稱等效雙端開關就出現于電極條31和短接電路39之間，它具有相同的正、負擊穿電壓。圖7中的實施例僅僅是一個例子。一般提供的是一個后表面焊接在第一導電晶片上的第一雙端開關，以及一個后表面焊接在第二導電晶片的第二雙端開關，每個雙端開關的上表面被焊接在支持著另一個雙端開關的導電晶片上。
圖8表示根據本發明的具有圖5中所示特性的雙端開關的一個示例擴散分布。
圖8中，橫坐標代表以微米為單位的垂直距離，數值“0”表示N+型襯底的上表面，P型外延層就是在其上生長的。該外延層的分布圖和41所指出的是一致的。在外延過程中，襯底21的一個N+型區根據42所指出的曲線進行擴散。曲線43對應于從上表面形成的P型擴散，而曲線44對應于從上表面形成的N+型擴散。
相應于各個區域的參考標號已經在橫坐標下標明。所以，N+型層24大約延伸至外延層上表面以下5μm處，而P型區23和P型層22從外延層表面向下延伸了足有12μm。P型層22在和襯底組成結區域處的摻雜水平大概在2.1015原子/立方厘米，而P型層23在和N+型區24的分界面處的摻雜水平在8.1017原子/立方厘米的量級。
當然，圖8中的摻雜分布僅僅是一個例子，根據所要得到的雙端開關特性，可以優化多種摻雜材料。
權利要求
1.一種非對稱的雙端開關包括一個具有第一導電類型且具有高摻雜水平的襯底(21)，一個位于襯底(21)上表面上的具有第二導電類型的輕摻雜的外延層(22)，一個位于所述外延層上表面上的具有第一導電類型的重摻雜區域(24)，一個位于第一導電類型區域(24)以下且不延伸出該區域的，具有第二導電類型且比所述外延層更重摻雜的區域(23)，一個位于第一區域以外的具有第二導電類型且比所述外延層更重摻雜的溝道停止環(25)，和一個位于所述環以外且和襯底相接的具有第一導電類型的器壁(26)。
2.權利要求1所述雙端開關特征在于，第一導電類型為N型。
3.一種形成對稱雙端開關的部件包括兩個反并聯的如權利要求1所述的非對稱雙端開關。
4.權利要求3所述的部件，其特征在于，它包括一個后表面焊接在第一導電晶片上的第一雙端開關，以及一個后表面焊接在第二導電層上的第二雙端開關，每個雙端開關的上表面被焊接在支持著另一個雙端開關的導電晶片上。
全文摘要
本發明涉及一個非對稱雙端開關，它包括一個具有第一導電類型且具有高摻雜水平的襯底(21)，一個位于襯底(21)上表面以上的具有第二導電類型的外延層(22)，一個位于外延層上表面以上的具有第一導電類型的高摻雜區域(24)，一個位于具有第一導電類型的區域(24)以下且不被其相對覆蓋的、具有第二導電類型且比外延層更重摻雜的區域(23)，一個位于第一區域以外的具有第二導電類型且比外延層更重摻雜的溝道停止環(25)，和一個位于所述環以外且和襯底相接的具有第一導電類型的器壁(26)。
文檔編號H01L29/861GK1470077SQ0181726
公開日2004年1月21日 申請日期2001年10月12日 優先權日2000年10月13日
發明者采拉德·迪克雷尤克斯, 采拉德 迪克雷尤克斯 申請人:St微電子公司