FR2987698A1 - Composant de puissance vertical - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un composant de puissance vertical comprenant un substrat en silicium d'un premier type de conductivité et, du côté d'une face inférieure ne supportant qu'une seule électrode (A2), un caisson (5) du second type de conductivité, dans lequel la périphérie du composant comprend, du côté de la face inférieure, une tranchée périphérique (33) au moins partiellement remplie d'une passivation (34) et, entre le caisson (5) et la tranchée (33), un anneau isolant (35) en silicium poreux.

Description

B11505 - 11-T000-1087FR01 1 COMPOSANT DE PUISSANCE VERTICAL Domaine de l'invention La présente invention concerne un composant de puissance vertical susceptible de supporter une tension élevée (par exemple supérieure à 500 V), et vise plus particulièrement 5 la structure de la périphérie d'un tel composant. Exposé de l'art antérieur La figure 1 est une vue en coupe d'un composant vertical de puissance, illustrant une façon de constituer la périphérie d'un composant en technologie dite "planar" pour 10 éviter que des claquages ne se produisent au niveau des bords du composant. Le composant représenté dans cet exemple est un triac comprenant un substrat de silicium 1, faiblement dopé de type N (N-), couramment de l'ordre de 1014 à 1015 atomes/cm3, dont les 15 faces supérieure et inférieure comprennent des caissons 3 et 5 dopées de type P (P) s'étendant sur presque toute la surface du composant sauf à sa périphérie. Le caisson supérieur 3 contient une région 4 fortement dopée de type N (N+), et le caisson inférieur 5 contient une région 6 fortement dopée de type N (N+) 20 dans une zone sensiblement complémentaire de celle occupée par la région 4. Le caisson supérieur 3 contient en outre une région de petite étendue 8 fortement dopée de type N (Nt). Du côté de B11505 - 11-T000-1087FR01 2 la face inférieure du composant, une électrode A2 revêt le caisson 5 et la région 6, et une couche isolante 11, par exemple en oxyde de silicium, revêt la partie périphérique de la face inférieure non recouverte par l'électrode A2. Du coté de la face supérieure du composant, une électrode Al revêt la région 4 et une partie du caisson 3, une électrode de gâchette G revêt la région 8 et une partie du caisson 3, et une couche isolante 9, par exemple en oxyde de silicium, revêt les parties de la face supérieure non recouvertes par les électrodes Al et G. Quelle que soit la polarité entre les électrodes A2 et Al, si une commande de gâchette est fournie, le composant devient passant. La conduction se fait de l'électrode A2 vers l'électrode Al par un thyristor vertical comprenant les régions 5, 1, 3 et 4, ou de l'électrode Al vers l'électrode A2 par un thyristor vertical comprenant les régions 3, 1, 5 et 6. L'épaisseur et le niveau de dopage du substrat 1 sont calculés pour que le triac, à l'état bloqué, puisse tenir des tensions élevées, par exemple des tensions de l'ordre de 600 à 800 volts. Pour éviter que des claquages ne se produisent au niveau des bords du composant, une certaine distance doit être prévue entre la limite des caissons 3 et 5 de type P et le bord du composant. Dans cet exemple, les périphéries supérieure et inférieure du substrat sont en outre entourées d'un anneau d'arrêt de canal fortement dopé de type N (N+), respectivement 13 et 14, qui contribue à éviter des claquages au niveau des bords du composant. Un inconvénient d'une telle structure est lié au fait que les faces latérales du substrat 1 ne sont pas isolées. Ainsi, lorsque l'électrode inférieure A2 du composant est soudée à une plage de contact 15 d'un dispositif électronique (plaque métallique d'un radiateur, carte de circuit imprimé, boîtier, etc.), il est nécessaire de veiller à ce que des remontées latérales de soudure 16 ne viennent pas relier électriquement l'électrode A2 au substrat 1, ce qui court-circuiterait la jonction PN- formée entre le caisson 5 et le substrat 1. En B11505 - 11-T000-1087FR01 3 pratique, comme l'illustre la figure 1, on dispose, entre l'électrode A2 et la plage 15, un élément conducteur intercalaire 17, ou piédestal, de plus petite surface (en vue de dessus) que le composant, pour surélever le composant de façon que les excès de soudure 16 restent contenus du côté de sa face inférieure et ne remontent pas le long de ses parois latérales. La prévision du piédestal 17 permet en outre de réduire l'intensité du champ électrique auquel est soumise la couche isolante 11, du fait de la forte différence de potentiel entre le substrat 1 et l'anneau d'arrêt de canal 14 d'une part, et la plage de contact métallique 15 d'autre part. Un inconvénient est que la prévision du piédestal 17 complexifie sensiblement le montage du composant. La figure 2 est une vue en coupe d'un composant vertical de puissance représentant une autre structure classique de périphérie de composant en technologie planar. La figure 2 représente un triac comprenant les mêmes éléments que le triac de la figure 1. Le composant de la figure 2 diffère de celui de la figure 1 par la structure de sa périphérie. La périphérie du composant de la figure 2 est entourée d'un mur diffusé 21 dopé de type P (P) formé à partir des faces inférieure et supérieure du substrat. Du côté de la face inférieure du composant, le caisson 5 s'étend latéralement jusqu'au mur diffusé 21. Du côté de la face supérieure du composant, le caisson 3 s'arrête avant le mur diffusé 21 et un anneau d'arrêt de canal 23 fortement dopé de type N (Nt) est disposé entre le caisson 3 et le mur 21 et entoure le caisson 3. L'électrode inférieure A2 revêt toute la surface inférieure du composant. Du côté de la face supérieure, l'électrode Al revêt la région 4 et une partie du caisson 3, l'électrode de gâchette G revêt la région 8 et une partie du caisson 3, une électrode annulaire 24 revêt l'anneau d'arrêt de canal 23, et une couche isolante 9 revêt les parties de la face supérieure non recouvertes par les électrodes. Pour éviter que des claquages ne se produisent au 35 niveau des bords du composant, et du fait de la présence de B11505 - 11-T000-1087FR01 4 l'anneau d'arrêt de canal 23, une certaine distance doit être prévue entre la limite du caisson 3 de type P et le mur diffusé 21. La structure de la figure 2 présente l'avantage, par rapport à la structure de la figure 1, que les faces latérales du substrat 1 sont isolées par le mur diffusé 21, ce qui prévient tout risque de court-circuit entre l'électrode A2 et le substrat 1 lié à d'éventuelles remontées latérales de soudure lors du montage du composant. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir un élément conducteur intercalaire entre l'électrode A2 et la plage de contact 15. De plus, le champ de claquage est reporté du côté de la face supérieure. Toutefois, un inconvénient de la structure de la figure 2 est que la distance de garde e2 entre le bord du composant et le début de l'électrode Al ou G respectivement (limite de la partie active à proprement parler du composant), est plus grande que la distance de garde el entre le bord du composant et le début de l'électrode Al ou G respectivement dans la structure de la figure 1. A titre d'exemple, pour obtenir une tenue en tension supérieure à 800 volts, on doit prévoir une distance de garde e2 de l'ordre de 400 pin dans la structure de la figure 2, contre une distance de garde el de l'ordre de 200 pin dans la structure de la figure 1. Ceci réduit d'autant la surface disponible pour les électrodes du composant de la figure 2 ; ou bien, pour des valeurs données de surface des électrodes, ceci augmente la surface du composant et donc son coût. Un autre inconvénient de la structure de la figure 2 est que la réalisation du mur latéral 21 nécessite une très longue (et donc coûteuse) étape de diffusion d'éléments dopants depuis les faces supérieure et inférieure du substrat (typiquement de l'ordre de 250 heures pour un substrat de 200 à 300 pin d'épaisseur et un dopage au bore). Résumé Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la 35 présente invention est de prévoir une structure périphérique de B11505 - 11-T000-1087FR01 composant de puissance palliant au moins en partie certains des inconvénients des structures périphériques connues. Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir une structure périphérique de composant 5 de puissance permettant un montage simple du composant. Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir une structure périphérique de composant de puissance occupant une surface de silicium réduite par rapport aux structures du type en relation avec la figure 2.
Un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir une structure périphérique de composant de puissance plus rapide à fabriquer que les structures du type décrit en relation avec la figure 2. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit un composant de puissance vertical comprenant un substrat en silicium d'un premier type de conductivité et, du côté d'une face inférieure ne supportant qu'une seule électrode, un caisson du second type de conductivité, dans lequel la périphérie du composant comprend, du côté de la face inférieure, une tranchée périphérique au moins partiellement remplie d'une passivation et, entre le caisson et la tranchée, un anneau isolant en silicium poreux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le bord intérieur de l'anneau isolant est en contact avec le 25 bord du caisson. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'anneau isolant s'étend sur une profondeur inférieure à celle du caisson. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 le composant comprend en outre, du côté de la face inférieure, entre la tranchée et l'anneau isolant, un anneau d'arrêt de canal fortement dopé du premier type de conductivité. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le bord extérieur de l'anneau isolant est en contact avec le 35 bord intérieur de l'anneau d'arrêt de canal.
B11505 - 11-T000-1087FR01 6 Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'anneau isolant en silicium poreux est oxydé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant comprend en outre, du côté de sa face supérieure, un caisson du second type de conductivité, et la périphérie du composant comprend, du côté de la face supérieure, une tranchée périphérique au moins partiellement remplie d'une passivation. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant comprend en outre, du côté de sa face supérieure, 10 entre le caisson supérieur et la tranchée supérieure, un deuxième anneau d'arrêt de canal. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant comprend, du côté de sa face supérieure, entre le caisson supérieur et la tranchée supérieure, un deuxième anneau 15 isolant en silicium poreux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le composant est un triac. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que 20 d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, est une vue en coupe d'un composant vertical de puissance, illustrant une façon 25 de constituer la périphérie d'un composant de puissance vertical haute tension ; la figure 2, précédemment décrite, est une vue en coupe d'un composant vertical de puissance, illustrant une autre façon de constituer la périphérie d'un composant de puissance 30 vertical haute tension ; et la figure 3 est une vue en coupe d'un composant vertical de puissance, illustrant un mode de réalisation d'une structure périphérique de composant vertical de puissance haute tension.
B11505 - 11-T000-1087FR01 7 Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée La figure 3 est une vue en coupe d'un composant vertical de puissance haute tension, illustrant un mode de réalisation d'une structure périphérique permettant d'éviter que des claquages ne se produisent au niveau des bords du composant. La figure 3 représente un triac comprenant les mêmes éléments que les triacs des figures 1 et 2. Le composant de la figure 3 diffère des composants des figures 1 et 2 par la structure de sa périphérie.
Dans l'exemple représenté, à la périphérie de chacune des faces supérieure et inférieure du substrat 1, on trouve une tranchée latérale, respectivement 31 et 33, au moins partiellement remplie d'une passivation, respectivement 32 et 34. Dans cet exemple, les parois des tranchées 31 et 33 sont entièrement revêtues par la passivation, sans pour autant être complètement comblées par la passivation. Les passivations 32 et 34 sont par exemple en verre (glassivations). Latéralement, les caissons de type P 3 et 5 s'arrêtent avant les tranchées 31 et 33 respectivement. Du côté de la face supérieure du composant, la région périphérique de substrat s'étendant entre le caisson 3 et la tranchée 31 est revêtue d'une couche isolante 9, par exemple en oxyde de silicium. La couche isolante 9 est elle-même recouverte par un prolongement de la passivation 32 au dessus de la face supérieure du substrat. Du côté de la face inférieure du composant, la région périphérique de substrat s'étendant entre le caisson 5 et la tranchée 33 est revêtue d'une couche isolante 11, par exemple en oxyde de silicium. La couche isolante 11 est elle-même recouverte par un prolongement de la passivation 34 sous la face inférieure du substrat.
B11505 - 11-T000-1087FR01 8 Du côté de la face inférieure, l'électrode A2 revêt le caisson 5 de type P et la région 6 de type N et forme un contact électrique avec ces régions. Du côté de la face supérieure, l'électrode Al, revêt la région 4 et une partie du caisson 3 et forme un contact électrique avec ces régions, et l'électrode de gâchette G revêt la région 8 et une partie du caisson 3 et forme un contact électrique avec ces régions. Pour éviter que des claquages ne se produisent au niveau des bords du composant, une certaine distance doit être prévue entre la limite du caisson 3 de type P et la tranchée 31 d'une part, et entre la limite du caisson 5 de type P et la tranchée 33 d'autre part. Comme dans les structures des figures 1 et 2, c'est donc principalement la bande annulaire de substrat de type N entourant la partie active du composant qui permet d'éviter des claquages au niveau des bords du composant. En ce sens, la structure périphérique de la figure 3 est une structure de type planar. Dans l'exemple représenté, les périphéries supérieure et inférieure du substrat sont de plus entourées d'un anneau d'arrêt de canal fortement dopé de type N (N+), respectivement 13 et 14, qui contribue à éviter que des claquages ne se produisent au niveau des bords du composant. Comme l'illustre la figure 3, la tranchée isolée inférieure 33 permet d'éviter que, lors du montage du composant sur une plage de contact 15 d'un dispositif électronique, d'éventuelles remontées latérales de soudure 16 ne créent un court-circuit entre l'électrode A2 et le substrat 1. La tranchée 33 doit être suffisamment profonde pour contenir les éventuelles remontées latérales de soudure 16 en dessous de la partie des faces latérales du substrat 1 non revêtue par la passivation. A titre d'exemple, la profondeur de la tranchée 33 est comprise entre 40 et 100 pin. Pour que la tranchée 33 puisse contenir une quantité plus importante de soudure, il est préférable que la passivation 34 ne comble pas complètement la tranchée 33. Si la passivation 34 comble complètement la tranchée 33, l'effet recherché d'isolation entre le substrat et les remontées laté- B11505 - 11-T000-1087FR01 9 raies de soudure pourra quand même être obtenu à condition de prévoir une tranchée suffisamment profonde. Un avantage de la structure de la figure 3 est que la distance de garde e3 entre le bord du composant et le début de 5 l'électrode Al ou G respectivement est plus petite que la distance de garde e2 entre le bord du composant et le début de l'électrode Al ou G respectivement dans la structure de la figure 2. A titre d'exemple, pour obtenir une tenue en tension supérieure à 800 volts, on doit prévoir une distance de garde e2 10 de l'ordre de 400 fun dans la structure de la figure 2, contre une distance de garde e3 inférieure de l'ordre de 300 gm, voire moins dans la structure de la figure 3. Un autre avantage de la structure de la figure 3 est que sa réalisation ne nécessite pas la prévision d'une étape 15 longue et coûteuse de diffusion d'éléments dopants sur toute l'épaisseur du substrat. Les essais menés par les inventeurs ont toutefois montré que, une fois le dispositif monté sur une plage de contact 15 d'un dispositif électronique et mis sous tension, la 20 couche isolante inférieure 11 est soumise à un très fort champ électrique, et ce plus particulièrement à proximité de la jonction PN entre le caisson 5 (P) et le substrat 1 (N-). Ce champ résulte de la différence de potentiel importante entre la plage 15 et le substrat 1 (par exemple de l'ordre de 800 V) et 25 du fait que la distance entre la soudure 16 et le substrat 1 (correspondant approximativement à la somme des épaisseurs des couches isolante 11 et de passivation 34) est relativement faible, par exemple de l'ordre de 10 à 20 pin. Il existe donc un risque de claquage de la couche isolante 11, ou, en tout état de 30 cause, un risque de dégradation prématurée de cette couche. Comme l'illustre la figure 3, pour pallier cet inconvénient on prévoit, du côté de la face inférieure du composant, entre le caisson 5 de type P et la tranchée 33, un anneau isolant 35 en silicium poreux qui entoure le caisson 5. 35 L'anneau 35 s'étend de préférence depuis le bord extérieur du B11505 - 11-T000-1087FR01 10 caisson 5 jusqu'au bord intérieur de l'anneau d'arrêt de canal 14, ou jusqu'à la tranchée 33 dans le cas où un anneau d'arrêt de canal n'est pas prévu. L'anneau 35 s'étend depuis la face inférieure du substrat jusqu'à une profondeur de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres, par exemple comprise entre 5 et 20 pin. L'anneau 35 constitue une épaisseur isolante supplémentaire entre la soudure 16 et le substrat 1. L'épaisseur (ou profondeur) de l'anneau 35 est de préférence inférieure à celle du caisson 5. Du fait de la faible constante diélectrique du silicium poreux, l'anneau isolant 35 atténue de façon significative le champ électrique auquel est soumise la couche isolante 11. Ainsi, l'anneau isolant 35 en silicium poreux permet de prévenir les risques susmentionnés de claquage ou de vieillissement prématuré de la couche 11. A titre d'exemple, la porosité (pourcentage de pores) de l'anneau 35 peut être comprise entre 40% et 70%, étant entendu que plus la porosité est élevée, plus l'effet d'atténuations du champ électrique est important. La porosité et la profondeur de l'anneau 35 peuvent être ajustées en fonction de l'utilisation visée. A titre d'exemple, pour réaliser le composant de la figure 3, les caissons de type P 3 et 5 et les régions de type N 4, 6, 8, 13 et 14 sont formées par diffusion à partir des faces supérieure et inférieure d'une tranche de silicium. Les caissons 3 et 5 sont par exemple formés par diffusion d'atomes de bore sur une profondeur de l'ordre de 20 à 50 um. Les régions 4, 6, 8, 13 et 14 sont par exemple formées par diffusion d'atomes de phosphore sur une profondeur de l'ordre de 5 à 20 pin. La région annulaire 35 est ensuite rendue poreuse, par exemple par un procédé de dissolution électrochimique. Pour cela la tranche peut être placée dans une solution à base d'acide fluorhydrique entre deux électrodes, de façon qu'il circule un courant entre les deux électrodes passant par la solution électrolytique et par la région annulaire 35. Avant l'étape de dissolution électrochimique, une couche de protection, par B11505 - 11-T000-1087FR01 11 exemple en nitrure de silicium, peut être formée sur les surfaces de la tranche qui ne doivent pas être mise en contact avec la solution électrolytique, cette couche de protection pouvant, le cas échéant, être retirée par la suite. Après l'étape de dissolution électrochimique, on peut en outre prévoir une étape d'oxydation du silicium poreux 35, ce qui permet d'améliorer les propriétés isolantes de l'anneau 35. Les couches isolantes 9 et 11 et les électrodes Al, G et A2 peuvent ensuite être déposées sur les faces supérieure et inférieure de la tranche de silicium. Les tranchées 31 et 33 peuvent alors être formées entre les composants, et les passivations 32, 34 peuvent être déposées dans les tranchées et sur les parties périphériques des composants. La tranche de silicium peut ensuite être découpée en composants individuels selon des lignes de découpe suivant, en vue de dessus, des axes longitudinaux passant sensiblement par le milieu des tranchées 31 et 33. On notera qu'il est préférable de former la région de silicium poreux 35 seulement après avoir formé les diverses régions diffusées du composant (caissons 3 et 5 et régions 4, 6, 8, 13 et 14 dans cet exemple). En effet, si la région 35 était formée avant les régions diffusées du composant, les divers recuits de la tranche, associés à la formation des régions diffusées, risqueraient d'endommager le silicium poreux 35.
Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, la présente invention a été décrite dans le cas où le composant de puissance est un triac. On 30 comprendra qu'une structure analogue peut s'appliquer à tout autre type de composant de puissance vertical connu, par exemple un thyristor ou une diode de Shockley uni ou bidirectionnelle. De plus, l'invention ne se restreint pas à l'exemple de procédé de réalisation mentionné ci-dessus pour former le 35 composant, et en particulier pour former l'anneau de silicium B11505 - 11-T000-1087FR01 12 poreux 35. L'homme de l'art saura réaliser la structure proposée en utilisant tout autre procédé connu pour former des régions de silicium poreux dans un substrat de silicium, par exemple des procédés de dissolution chimique.
Par ailleurs, dans l'exemple décrit en relation avec la figure 3, une tranchée latérale périphérique 31 revêtue d'une passivation 34 est formée du côté de la face supérieure du composant. Cette tranchée est facultative. En effet, dans la plupart des cas, c'est uniquement du côté de l'électrode inférieure du composant (électrode A2 dans l'exemple représenté) que se pose le problème des excès de soudure pouvant venir en contact avec les faces latérales du composant. On notera toutefois que même lorsque les tranchées supérieures 31 n'ont pas d'utilité pour la protection contre les court-circuits, il peut être utile de prévoir quand même ces tranchées car elles permettent, pendant certaines étapes de fabrication, de contrebalancer les contraintes mécaniques exercées sur la tranche du fait de la présence des tranchées inférieures 33. De plus, dans l'exemple décrit en relation avec la figure 3, un unique anneau de silicium poreux 35 est disposé du côté de la face inférieure du composant. A titre de variante, on peut prévoir de disposer un deuxième anneau de silicium poreux du côté de la face supérieure du composant, sensiblement en regard du premier anneau. La prévision d'un anneau supérieur peut notamment présenter un intérêt dans le cas de certains composants ne comportant qu'une seule électrode par face, par exemple des double diodes de Shockley en antiparallèle. Dans ce cas, il se peut en effet que l'électrode supérieure soit connectée à une plage de contact de grande surface (c'est-à-dire de plus grande surface que l'électrode), comme c'est le cas de l'électrode inférieure A2 dans l'exemple de la figure 3. Le même problème évoqué ci-dessus, lié au fort champ électrique dans la zone située entre la plage de contact du dispositif extérieur et le substrat 1 du composant, est donc susceptible de se poser du côté de la face supérieure du composant. La prévision d'un B11505 - 11-T000-1087FR01 13 anneau isolant en silicium poreux du côté de la face supérieure du composant permet alors de réduire les risques de claquage ou de vieillissement prématuré de la couche isolante supérieure. Par ailleurs, l'invention ne se restreint pas aux exemples de réalisation décrits ci-dessus dans lesquels les composants sont fixés par soudure à des plages de contact d'un dispositif électronique. D'autres moyens de fixation peuvent être prévus, par exemple des colles conductrices. De plus, dans les exemples décrits ci-dessus, le composant est réalisé à partir d'un substrat de type N. Les modes de réalisation proposés s'appliquent également au cas où le substrat de départ est un substrat de type P. Dans ce cas, il convient d'inverser tous les types de conductivité décrits ci-dessus.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Composant de puissance vertical comprenant un substrat (1) en silicium d'un premier type de conductivité et, du côté d'une face inférieure ne supportant qu'une seule électrode (A2), un caisson (5) du second type de conductivité, dans lequel la périphérie du composant comprend, du côté de la face inférieure, une tranchée périphérique (33) au moins partiellement remplie d'une passivation (34) et, entre le caisson (5) et la tranchée (33), un anneau isolant (35) en silicium poreux.
  2. 2. Composant selon la revendication 1, dans lequel le bord intérieur de l'anneau isolant (35) est en contact avec le bord du caisson (5).
  3. 3. Composant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'anneau isolant (35) s'étend sur une profondeur inférieure à celle du caisson (5).
  4. 4. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre, du côté de la face inférieure, entre la tranchée (33) et l'anneau isolant (35), un anneau d'arrêt de canal (14) fortement dopé du premier type de conductivité (N).
  5. 5. Composant selon la revendication 4, dans lequel le bord extérieur de l'anneau isolant (35) est en contact avec le bord intérieur de l'anneau d'arrêt de canal (14).
  6. 6. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'anneau isolant en silicium poreux (35) est 25 oxydé.
  7. 7. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre, du côté de sa face supérieure, un caisson (3) du second type de conductivité, dans lequel la périphérie du composant comprend, du côté de la face supérieure, 30 une tranchée périphérique (31) au moins partiellement remplie d'une passivation (32).
  8. 8. Composant selon la revendication 7, comprenant en outre, du côté de sa face supérieure, entre le caisson supérieurB11505 - 11-T000-1087FR01 15 (3) et la tranchée supérieure (31), un deuxième anneau d'arrêt de canal (13).
  9. 9. Composant selon la revendication 7 ou 8, comprenant en outre, du côté de sa face supérieure, entre le caisson 5 supérieur (3) et la tranchée supérieure (31), un deuxième anneau isolant en silicium poreux.
  10. 10. Composant selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, constituant un triac.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3012256A1 (fr) * 2013-10-17 2015-04-24 St Microelectronics Tours Sas Composant de puissance vertical haute tension
FR3092698A1 (fr) * 2019-02-11 2020-08-14 Stmicroelectronics (Tours) Sas Assemblage comportant un composant vertical de puissance monté sur une plaque métallique de connexion

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105453250A (zh) * 2013-08-08 2016-03-30 夏普株式会社 半导体元件衬底及其制造方法
FR3049768B1 (fr) * 2016-03-31 2018-07-27 Stmicroelectronics (Tours) Sas Composant de puissance protege contre les surchauffes
DE102016124670B4 (de) * 2016-12-16 2020-01-23 Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg Thyristor mit einem Halbleiterkörper
FR3076661A1 (fr) * 2018-01-05 2019-07-12 Stmicroelectronics (Tours) Sas Triode semiconductrice

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3608186A (en) * 1969-10-30 1971-09-28 Jearld L Hutson Semiconductor device manufacture with junction passivation
FR2305854A1 (fr) * 1975-03-26 1976-10-22 Philips Nv Thyristor a surface passivee

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2724768B1 (fr) * 1994-09-16 1997-01-24 Sgs Thomson Microelectronics Groupement en serie de thyristors photosensibles
WO2004105089A2 (fr) * 2003-05-15 2004-12-02 Pan Jit Americas, Inc. Dispositif thyristor de protection contre les surtensions a faible capacite
JP4420196B2 (ja) * 2003-12-12 2010-02-24 三菱電機株式会社 誘電体分離型半導体装置およびその製造方法
US20080038890A1 (en) * 2006-08-10 2008-02-14 General Electric Company Method for improved trench protection in vertical umosfet devices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3608186A (en) * 1969-10-30 1971-09-28 Jearld L Hutson Semiconductor device manufacture with junction passivation
FR2305854A1 (fr) * 1975-03-26 1976-10-22 Philips Nv Thyristor a surface passivee

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NAKAJIMA S ET AL: "An isolation technique for high speed bipolar integrated circuits", REVIEW OF THE ELECTRICAL COMMUNICATION LABORATORIES,, vol. 25, no. 9-10, September 1977 (1977-09-01) - October 1977 (1977-10-01), AOYAMA DAIICHI PUBL CO LTD, JP, pages 1039 - 1051, XP009162177, ISSN: 0029-067X *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3012256A1 (fr) * 2013-10-17 2015-04-24 St Microelectronics Tours Sas Composant de puissance vertical haute tension
US9437722B2 (en) 2013-10-17 2016-09-06 Stmicroelectronics (Tours) Sas High-voltage vertical power component
US9530875B2 (en) 2013-10-17 2016-12-27 Stmicroelectronics (Tours) Sas High-voltage vertical power component
US9780188B2 (en) 2013-10-17 2017-10-03 Stmicroelectronics (Tours) Sas Vertical semiconductor power component capable of withstanding high voltage
FR3092698A1 (fr) * 2019-02-11 2020-08-14 Stmicroelectronics (Tours) Sas Assemblage comportant un composant vertical de puissance monté sur une plaque métallique de connexion

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