PL177994B1

PL177994B1 - Zespół monolityczny warstwowych elementów półprzewodnikowych mocy

Info

Publication number: PL177994B1
Application number: PL95311942A
Authority: PL
Inventors: Robert Pezzani
Original assignee: Sgs Thomson Microelectronics
Priority date: 1994-12-30
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 2000-02-29
Also published as: CZ996A3; CN1131823A; CN1051643C; JPH08241862A; KR960026988A; FR2729008A1; CA2166228C; CZ290986B6; EP0721218B1; US6580142B1; ATE206246T1; DE69522920T2; DE69522920D1; FR2729008B1; US6075277A; KR100197912B1; PL311942A1; JP2671886B2; CA2166228A1; TW290714B

Abstract

1. Zespól monolityczny warstwowych elementów pólprzewodnikowych mocy, znamienny tym, ze elementy sa wytwo- rzone na grubosci slabo domieszkowanego podloza pólprzewodnikowego (1) o prze- wodnictwie typu pierwszego, majacego powierzchnie dolna i powierzchnie górna która to powierzchnia dolna jest pokryta jednorodnie metalizacja (M), a przynajm- niej niektóre z tych elementów, elementy autonomiczne, sa wytworzone w izolowa- nych obszarach podloza (1), którego izolacja poprzeczna jest utworzona przez sciane dyfu- zyjna (6) o przewodnictwie typu drugiego i którego powierzchnia dolna jest izolowana przez dielektryczna warstwe izolacyjna (7) wprowadzona pomiedzy powierzchnie dolna podloza i metalizacje (M). Fig. 1 A PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół monolityczny warstwowych elementów półprzewodnikowych mocy, odpornych na wysokie napięcia i/lub przenoszących duże energie. Te elementy są rozmieszczone warstwowo na całej grubości warstwy półprzewodnikowej od podłoża słabo domieszkowanego tak, że mają wysokie napięcie przebicia.

177 994

Znanymi elementami mocy są tyrystory, triaki, tranzystory bipolarne, tranzystory mocy MOS, tranzystory bipolarne z izolowaną bramką itp.

Elementy przeznaczone do sterowania dużą mocą elektryczną wydzielają energię cieplną. Dlatego dolna powierzchnia tych elementów jest metalizowana i montowana na radiatorze. W konsekwencji, jeżeli pożądane jest utworzenie kilku elementów mocy w tym samym układzie scalonym, możliwe jest to jedynie, gdy te elementy mają wspólne wyprowadzenie.

Zespół monolityczny warstwowych elementów półprzewodnikowych mocy według wynalazku zawiera elementy wytworzone na grubości słabo domieszkowanego podłoża półprzewodnikowego o przewodnictwie typu pierwszego, mającego powierzchnię dolną i powierzchnię górną. Powierzchnia dolna jest pokryta jednorodnie metalizacją. Przynajmniej niektóre z tych elementów, elementy autonomiczne, są wytworzone w izolowanych obszarach podłoża, którego izolacja poprzeczna jest utworzona przez ścianę dyfuzyjną o przewodnictwie typu drugiego i którego powierzchnia dolna jest izolowana przez dielektryczną warstwę izolacyjną wprowadzoną pomiędzy powierzchnię dolną podłoża i metalizację.

Korzystnie obszar półprzewodnikowy powierzchni dolnej elementu autonomicznego ma przewodnictwo typu pierwszego. Na powierzchni dolnej jest wytworzony obszar nadmiernie domieszkowany o przewodnictwie typu pierwszego i naprzeciw przynajmniej części obszaru nadmiernie domieszkowanego powierzchni dolnej jest wytworzony na powierzchni górnej obszar nadmiernie domieszkowany o przewodnictwie typu pierwszego, od którego jest odprowadzony styk.

Korzystnie, gdy obszar półprzewodnikowy powierzchni dolnej elementu autonomicznego ma przewodnictwo typu drugiego, ten obszar odchodzi poprzecznie w górę do ściany izolacyjnej. Styk jest odprowadzony od powierzchni górnej ściany izolacyjnej a dielektryczna warstwa izolacyjna jest utworzona poniżej powierzchni dolnej ściany izolacyjnej.

Zespół zawiera co najmniej jeden obszar izolowany, w którym są wytworzone elementy logiczne.

Korzystnie obszary o przewodnictwie typu pierwszego są obszarami typu n.

W drugim przykładzie wykonania zespół monolityczny według wynalazku zawiera monolityczny mostek diodowy, zawierający w podłożu o przewodnictwie typu pierwszego dwie pierwsze diody warstwowe, których wspólne katody odpowiadają metalizacji powierzchni dolnej. W obszarze izolowanym podłoża, oddzielonym od pozostałej części podłoża przez ścianę izolacyjną o przewodnictwie typu drugiego, dwie drugie diody warstwowe, których wspólne anody odpowiadają warstwie o przewodnictwie typu drugiego, są wytworzone na dolnej powierzchni, której styk jest odprowadzony od górnej powierzchni przez ścianę izolacyjną. Część powierzchni dolnej tych dwóch diod jest pokryta warstwą izolacyjną wprowadzoną pomiędzy podłoże półprzewodnikowe i metalizację powierzchni dolnej.

Korzystnie zespół monolityczny według wynalazku zawiera jednofazowy mostek prostowniczy, zawierający pierwszą i drugą parę diod połączonych szeregowo, umieszczonych pomiędzy końcówkami zasilania prądem przemiennym. Połączenia pomiędzy diodami każdej pary diod stanowią końcówki zasilania prądem stałym. Zespół zawiera dwie szeregowe diody Shockleya połączone przeciwsobnie względem diod pierwszej pary. Diody Shockleya i pierwsza para diod są umieszczone warstwowo w podłożu półprzewodnikowym, którego powierzchnia górna zawiera dwie pierwsze metalizacje tworzące końcówki zasilania prądem przemiennym i którego powierzchnia dolna zawiera trzecią metalizację tworzącą końcówkę zasilania prądem stałym, odpowiadającą połączeniu pierwszych dwóch diod. Druga para diod jest umieszczona w obszarze izolowanym, a czwarta metalizacja tworzy końcówkę zasilania prądem stałym i każda metalizacja tworzy końcówkę zasilania prądem przemiennym.

Powyższy zespół wytworzony w podłożu o przewodnictwie typu pierwszego, mającym powierzchnię górną i powierzchnię dolną, zawiera na powierzchni górnej dwa pierwsze obszary o przewodnictwie typu drugiego, w których są wytworzone dwa drugie obszary o przewodnictwie typu pierwszego, na powierzchni dolnej dwa trzecie obszary o przewodnictwie typu drugiego, umieszczone poniżej drugich obszarów i dwa czwarte obszary o przewodnictwie typu pierwszego, umieszczone poniżej części pierwszych obszarów, które nie zawierają drugich obszarów. Dwa obszary mające doły potencjału o przewodnictwie typu pierwszego, ograniczone przez ściany izolacyjne o przewodnictwie typu drugiego, rozciągają się poprzez

ΠΊ 994 podłoże. Pierwsza metalizacja styka się z powierzchnią jednego z pierwszych obszarów, odpowiedniego drugiego obszaru i obszaru dołu potencjału. Druga metalizacja styka się z powierzchnią pozostałego pierwszego obszaru, pozostałego odpowiedniego drugiego obszaru i pozostałego obszaru dołu potencjału. Trzecia metalizacja styka się z powierzchną górną ściany izolacyjnej i czwarta metalizacja styka się z powierzchnią dolną, podłoża, oprócz ściany izolacyjnej i obszaru ograniczonego przez ścianę.

Korzystnie drugie obszary są nieciągłe.

Korzystnie część dolna ściany izolacyjnej jest utworzona przez obszar usytuowany poniżej obszarów dołów potencjału.

Korzystnie czwarta metalizacja pokrywa całą powierzchnię dolną elementu, przy czym powierzchnia dolna ściany izolacyjnej i powierzchnia obszaru tak ograniczonego są pokryte warstwą izolacyjną, takąjak tlenek krzemu.

Korzystnie zespół monolityczny według wynalazku, wytworzony w podłożu o przewodnictwie typu pierwszego, mającym powierzchnię górną i powierzchnię dolną, zawiera pierwszą, drugą i trzecią część podłoża, ograniczone przez ściany izolacyjne o przewodnictwie typu drugiego, na boku powierzchni górnej pierwszy obszar o przewodnictwie typu drugiego w każdej części, pierwszej i drugiej, na boku powierzchni dolnej, w każdej części, pierwszej i drugiej, drugi obszar o przewodnictwie typu drugiego, w którym są wytworzone, poniżej każdego z dwóch pierwszych obszarów, dwa trzecie obszary o przewodnictwie typu pierwszego, w trzeciej części dwa czwarte obszary o przewodnictwie typu drugiego, pierwszą metalizację stykającą się z powierzchnią górną pierwszej części, pierwszego odpowiedniego i czwartego obszaru, drugą metalizację stykającą się z powierzchnią górną drugiej części, pierwszego odpowiedniego obszaru i pozostałego czwartego obszaru, trzecią metalizację stykającą się z powierzchnią, górną trzeciej części i czwartą metalizację stykającą się z powierzchnią dolną elementu, oprócz obszaru odpowiadającego trzeciej części.

Korzystnie trzecie obszary są nieciągłe.

Korzystnie styki z obszarami pierwszej, drugiej i trzeciej części powierzchni górnej podłoża są wyposażone w obszary nadmiernie domieszkowane o przewodnictwie typu pierwszego.

Powyższy zespół zawiera elementy przełączające czynne przy przetężeniach.

Zespół ten zawiera piąte obszary o przewodnictwie typu drugiego, w pobliżu pierwszych obszarów, które stykają się ze ścianą izolacyjną i każdy zawiera szósty obszar o przewodnictwie typu pierwszego, dzielący piąte obszary na dwie części. Zespół zawiera piątą metalizację stykającą się z częścią piątych obszarów, która jest oddalona od ściany izolacyjnej oraz szóstą metalizację stykającą się ze ścianą izolacyjna i szóstymi obszarami.

Zaletą wynalazku jest wytwarzanie układów scalonych mocy, to jest scalenie na tym samym podłożu elementów warstwowych mających co najmniej jedną warstwę utworzoną ze słabo domieszkowanej części tego podłoża, którego dolna powierzchnia jest metalizowana w celu przyspawania lub przyłączenia do radiatora.

Zaletą wynalazku jest to, że wiele elementów warstwowych może być wytworzonych na tym samym podłożu półprzewodnikowym, przy czym pierwsze elementy warstwowe mają wspólną elektrodę stanowiącą metalizację powierzchni dolnej, a drugie elementy są autonomiczne, to znaczy ich elektrody można dołączyć oddzielnie do różnych końcówek różnych elementów lub do końcówek zewnętrznych. Żadna z tych elektrod nie jest utworzona przez metalizację powierzchni dolnej.

Dzięki temu, że powierzchnie dolne elementów autonomiczne są chronione przez cienką warstwę izolacyjną, taką jak warstwa tlenku krzemu, pokrytą z kolei metalizacją powierzchni dolnej, otrzymuje się dobre rozpraszanie ciepła, nawet dla elementów, których powierzchnia dolna zawiera tę cienką warstwę izolującą elektrycznie, lecz pozostaje przy tym przewodzącą cieplnie. Szczególne elementy tworzące układ scalony mocy i związane z nim obwody logiczne można zastąpić poszczególnymi elementami bipolarnego układu scalonego. Większość elementów bipolarnego układu scalonego jest wytworzona w warstwie epitaksjalnej, przy czym poszczególne elementy są wzajemnie izolowane w wyniku głębokich dyfuzji przeprowadzanych w warstwie epitaksjalnej, a ich powierzchnie dolne są izolowane przez warstwy zagrzebane o dowolnym typie przewodnictwa. Według wynalazku cała grubość podłoża odpowiada warstwie epitaksjalnej, a izolacja złącza dolnego, czyli warstwa zagrzeba6

177 994 na jest zastępowana przez warstwę izolacyjną, która jest wprowadzona pomiędzy powierzchnię dolną podłoża i metalizację powierzchni dolnej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1A i 1B przedstawiają przekrój poprzeczny i schemat ideowy różnych typów diod scalonych według wynalazku, fig. 2A i 2B - przekrój poprzeczny i schemat ideowy różnych typów tyrystorów scalonych według wynalazku, fig. 3 A i 3B - przekrój poprzeczny i schemat ideowy różnych typów tranzystorów npn scalonych według wynalazku, fig. 4A i 4B - przekrój poprzeczny i schemat ideowy różnych typów tranzystorów pnp scalonych według wynalazku, fig. 5 - przykładowy przekrój poprzeczny autonomicznego tranzystora IGBT scalonego monolitycznie według wynalazku, fig. 6, 7, 8 i 9 - uogólnione przedstawienie różnych typów elementów scalonych monolitycznie według wynalazku, fig. 10A - mostek diodowy, fig. 10B i 10C - przekrój poprzeczny i schematyczny widok z góry mostka diodowego oraz fig. 11 A, 11B, 11C, 12A, 12B, 13A, 13B, 14A, 14B i 14C - układ mostka prostowniczego zabezpieczającego przed przepięciami i przetężeniami.

Zwykle układy scalone nie są przedstawione na rysunku w skali, w szczególności w przekrojach poprzecznych grubości względne warstw są rysowane w sposób dowolny. Także różne obszary dyfuzyjne są rysowane symbolicznie z prostokątnymi narożami.

Wynalazek opisuje tylko podstawowe struktury elementów, a w praktyce każdy z tych elementów może być ulepszany i modyfikowany w celu spełnienia określonych wymagań. Na przykład pokazane są tylko tyrystory, a nie triaki i na większości figur nie są pokazane elementy anodowe i katodowe tych tyrystorów.

Figura 1A przedstawia różne typy diod 10 do 14, które są scalone na tej samej płytce półprzewodnikowej. Figura 1B przedstawia symbolicznie każdą diodę z fig. 1A. Struktura jest wykonana w słabo domieszkowanym podłożu 1 typu n. Zarówno obszary dyfuzyjne 2 typu p, jak i silnie domieszkowane obszary dyfuzyjne 3 typu n są wytwarzane z powierzchni górnej. Silnie domieszkowane obszary dyfuzyjne 4 typu n i silnie domieszkowane obszary dyfuzyjne 5 typu p są wytwarzane z powierzchni górnej. Ściany izolacyjne 6 typu p są wytwarzane w wyniku dyfuzji z powierzchni górnej i w wyniku dyfuzji z przeciwległej powierzchni dolnej. Cała powierzchnia dolna jest pokryta metalizacją M. W pewnych miejscach, pomiędzy dolną powierzchnię elementu i metalizację M jest wprowadzona warstwa izolacyjna 7. Warstwa izolacyjna 7 i metalizacja M mogą być wykonane z dowolnego właściwego materiału jednorodnego lub materiału złożonego zwykle stosowanego do wytwarzania elementów półprzewodnikowych.

Obszar izolowany jest wytwarzany jako część płytki krzemowej, izolowana poprzecznie ścianą o przewodnictwie typu drugiego i mająca powierzchnię dolną izolowaną warstwą izolacyjną 7.

Diody 10 i 11 są zwykłymi diodami stosowanymi w elemencie mocy. Dioda 10 zawiera kolejno od góry do dołu: obszar typu p, część podłoża i obszar typu n. Metalizacja powierzchni górnej diody 10 odpowiada jej anodzie 10A, a metalizacja M powierzchni dolnej odpowiada jej katodzie 10K. Dioda 11 zawiera kolejno, od góry do dołu: silnie domieszkowany obszar typu n, część podłoża i silnie domieszkowany obszar typu p. Katoda 11K diody 11 odpowiada metalizacji powierzchni górnej, a anoda diody 11 odpowiada metalizacji M.

Znana implementacja diod 10 i 11 powoduje, że te diody mają jedną wspólną końcówkę. Ponadto, jest na przykład niemożliwe wykonanie z takich diod monolitycznego mostka diodowego, w którym diody umieszczone po przekątnej nie mają wspólnej końcówki.

Diody 12 i 13 są diodami autonomicznymi wytworzonymi w obszarach izolowanych według wynalazku, które mają tę zaletę, że działają warstwowo i mają anody i katody, które nie są koniecznie wspólne z elektrodami innych elementów układu.

Dioda 12 zawiera kolejno od góry do dołu: obszar typu p, który odpowiada jej anodzie 12A, część podłoża i silnie domieszkowany obszar typu n, który odpowiada jej katodzie 12K. Dioda 12 jest więc diodą warstwową. Obszar typu n jest wytworzony dodatkowo na górnej powierzchni, stykając się z metalizacją, katody 12K.

Dioda 13 zawiera kolejno od góry do dołu: obszar typu n odpowiadający jej katodzie 13K, część podłoża i obszar typu p wdyfundowany z jego dolnej powierzchni. Metalizacja

177 994 anody 13A jest wytworzona na górnej powierzchni ściany izolacyjnej, która ogranicza obszar izolowany, w którym jest wytwarzana dioda 13.

Prawa część fig. 1 przedstawia także poprzeczną diodę 14 wytworzoną w obszarze izolowanym. Dioda 14 zawiera obszar typu n stykający się z metalizacją katody 14K, wytworzoną w obszarze dołu potencjału typu p, który jest wdyfUndowany w podłoże 1 i styka się z metalizacją anody 14A. Dioda 14 nie jest elementem mocy, ponieważ działa poprzecznie i mogłaby tworzyć element obwodu logicznego połączonego z jednym lub więcej elementami na tej samej płytce. Celem tego wynalazku jest umieszczenie obwodów logicznych w obszarach izolowanych, ponieważ niemożliwe jest praktycznie scalenie takich elementów logicznych w strukturach mocy, gdy struktury te zawierają elementy czterowarstwowe, ponieważ nieuniknione jest powstawanie niepożądanych tyrystorów warstwowych.

Scalenie elementów czterowarstwowych typu tyrystorowego powoduje zawsze problemy z działaniem elementów scalonych na tej samej płytce. Poprzez sprzężenie poprzeczne, scalona dioda lub tyrystor tworzą z innymi warstwami struktury niepożądany tyrystor, skutkiem czego struktura może być zwarta w odpowiedzi na włączenie tego niepożądanego tyrystora i dlatego nie spełni wymaganej funkcji. W tym przypadku izolacje poprzeczna i dolna zabezpieczaj ą niepożądane tyrystory, co umożliwia bezpieczne scalenie elementów tyrystorowych z innymi elementami logicznymi lub mocy.

Figury 2A i 2B przedstawiają różne struktury tyrystorowe, które mogą być zastosowane według wynalazku.

Lewa część fig. 2A przedstawia zwykłe tyrystory 20 i 21, których anoda i katoda są dołączone do metalizacji powierzchni dolnej.

Tyrystor 20 zawiera obszar typu n, odpowiadający katodzie 20K, obszar typu p, od którego jest odprowadzany styk 20G, część 1 podłoża i obszar anody typu p, zawierający metalizację M, która odpowiada anodzie 20A tyrystora. Fig. 2A i 2B przedstawiają poprzeczną ścianę izolacyjna tego tyrystora. Jednak ta ściana izolacyjna nie spełnia w tym szczególnym przypadku funkcji izolacyjnej, lecz jest zwykle używana do wytwarzania tyrystora mającego obszar dołu potencjału, odpornego na wysokie napięcia.

Tyrystor 21 jest elementem złożonym, takim jak przedstawiony w opisie patentowym USA nr 5 365 086. Wynalazek umożliwia scalenie w pojedynczym układzie mocy praktycznie każdego znanego elementu.

Część prawa fig. 2A przedstawia tyrystory autonomiczne 22 i 23 wytworzone w częściach izolowanych.

Tyrystor 22 jest warstwowym tyrystorem mocy, który zawiera, od góry na dół, obszar typu n, od którego jest odprowadzona metalizacja katody 22K, obszar typu p, część podłoża typu n i obszar typu p wytworzony z dolnej powierzchni i stykający się ze ściana izolacyj6 na powierzchni górnej, od której jest odprowadzona metalizacja anody 22A.

Tyrystor 23 jest tyrystorem poprzecznym, który może być częścią obwodu logicznego. Tyrystor 23 zawiera obszar katody typu n, stykający się z metalizacją katody 23K wytworzoną w obszarze typu p, od którego jest odprowadzony styk bramki 23G, przy czym ten obszar typu p jest wytworzony w podłożu. W tym samym podłożu jest wytworzony obszar typu p stykający się z metalizacją anody 23A. Zaletą umieszczenia takiego tyrystora poprzecznego w izolowanym obszarze płytki jest to, że warstwy stanowiące tyrystor nie tworzą elementów szkodliwych z innymi elementami struktury.

Figura 3A przedstawia trzy przykładowe tranzystory npn 30, 31, 32 wytworzone według wynalazku.

Tranzystor 30 jest zwykłym tranzystorem warstwowym, który zawiera obszar typu n stykający się z metalizacją emitera 32E, obszar typu p stykający się z metalizacją bazy 30B. Ten obszar typu p jest wytworzony w części podłoża, a silnie domieszkowany obszar typu n jest wytworzony na dolnej powierzchni i styka się z metalizacją M, która odpowiada kolektorowi.

Tranzystory 30 i 31 są wytworzone w izolowanych częściach podłoża.

Tranzystor 31 jest podobny do tranzystora 30, lecz zawiera na dolnej powierzchni dodatkowy silnie domieszkowany obszar typu n zwrócony do części obszaru typu n powierzchni dolnej. Ten dodatkowy obszar typu jest dołączony do metalizacji kolektora 31C.

177 994

Tranzystor 32 jest tranzystorem poprzecznym i zawiera obszar P dołu potencjału, obszary typu n stykające się z metalizacją emitera 32E i metalizacją kolektora 32C, z obszarem P stykającym się z metalizacją bazy 32B. Tranzystor 32 może stanowić element obwodu logicznego, związany z jednym lub kilkoma elementami mocy.

Figura 4A przedstawia podobnie trzy typy tranzystorów pnp 40, 41, 42, które mogą być wytworzone według wynalazku.

Tranzystor pnp 40 jest zwykłym tranzystorem mocy, którego dolna powierzchnia odpowiada metalizacji M i który zawiera na górnej powierzchni podłoża· obszar typu p stykający się z metalizacją emitera 40E i obszar typu n stykający się z metalizacją bazy 40B. Obszar typu p stykający się z podłożem jest wytworzony na dolnej powierzchni. Korzystnie ten obszar typu p styka się ze ścianami izolacyjnymi.

Tranzystor 41 jest wytworzony w obszarze izolowanym. Ogólnie jego struktura jest taka sama, jak tranzystora 40, lecz styk kolektora 41C jest odprowadzony od górnej powierzchni poprzecznej ściany izolacyjnej.

Tranzystor 42, także wytworzony w obszarze izolowanym, jest tranzystorem poprzecznym pnp, komplementarnym względem tranzystora poprzecznego npn 32.

Elementy przedstawione na fig. 1-4 reprezentują elementy zespołu komórek mocy lub elementów logicznych, które mogą być scalone na tej samej warstwie.

Zależnie od wymagań, wytwarzane są elementy mocy ze wspólną elektrodą lub elementy autonomiczne wykonane w jednym lub kilku obszarach izolowanych, z elektrodami różnymi od elektrod innych elementów na podłożu.

Elementy z fig. 1 - 4 są tylko przykładowymi elementami podstawowymi, które mogą być stosowane. Każdy zwykły element mocy może być skutecznie użyty w monolitycznych scalonych strukturach mocy według wynalazku. Na przykład, można prosto transformować struktury tyrystorowe, przedstawione na fig. 2, w struktury triakowe i można także stosować tyrystory anoda-bramka i tyrystory katoda-bramka.

Z fig. 2A widać, że środkowa słabo domieszkowana warstwa N nie jest w pełni wykorzystana, można dołączyć dodatkową elektrodę tak zwaną bramkę anodową. Proces wytwa. rzania nie staje się bardziej złożony, ponieważ ta warstwa jest w każdym przypadku widoczna na górnej powierzchni. Wówczas każdy tyrystor może być sterowany bramką katodową, której nie pokazano na rysunku lub bramką anodową również nie pokazaną na rysunku.

Powyższy opis jest celowo uproszczony. W niektórych przypadkach możliwe i pożądane jest umieszczenie różnych elementów w tym samym obszarze dołu potencjału, z izolacją powierzchni dolnej lub bez niej. Przykładowo diodę 11 można umieścić w tym samym obszarze dołu potencjału, jak tyrystor 21.

Elementy bierne, takie jak rezystory i kondensatory można także dodatkowo umieścić w układzie scalonym według wynalazku.

Metalizacja powierzchni dolnej elementu, przeznaczona głównie do zapewnienia dobrego połączenia cieplnego z radiatorem, nie musi być koniecznie połączona z wyprowadzeniem zewnętrznym i może jedynie stanowić złącze wewnętrzne elementów podstawowych układu scalonego mocy. Metalizacja może także być elektrycznie izolowana od struktury radiatora.

W celu pokazania szerokiego zakresu zastosowań wynalazku, fig. 5 przedstawia tranzystor IGBT wytworzony według wynalazku w postaci elementu autonomicznego w izolowanej części płytki półprzewodnikowej.

Figura 5 przedstawia zwykłą strukturę tranzystora IGBT, zawierającą na górnej powierzchni podłoża 1 obszar typu p, w którym są wytworzone obszary typu n rozciągające się w pobliżu obrzeża obszaru typu p tak, aby określić obszary, gdzie może być wytworzony kanał. Górna powierzchnia tych obszarów jest izolowana i pokryta metalizacją bramki G. Metalizacja kolektora C styka się z obszarami typu n i środkową nadmiernie domieszkowaną częścią obszaru typu p. Obszar 5 typu p jest także wytworzony z powierzchni dolnej podłoża. W zwykłej strukturze, obszar 5 typu p styka się z metalizacja M dolnej powierzchni podłoża, która tworzy jego emiter. Aby uczynić element autonomicznym, wytworzona jest warstwa izolacyjna 7 pomiędzy obszarem typu p i metalizacja M, a element jest otoczony przez ścianę izolacyjną 6 typu p. Styki emitera E są odprowadzone od górnej powierzchni tej ściany.

177 994

Według wynalazku elementy typu MOS i bipolarne mogą być scalone w tym samym układzie scalonym mocy.

Figury 6-9 przedstawiają ogólną koncepcję elementów różnego typu, które mogą być wytwarzane monolitycznie i rozmieszczane według wynalazku.

Na figurze 6 zwykłe elementy poprzeczne są bezpośrednio wytwarzane w podłożu 1 typu n', którego dolna powierzchnia jest pokryta metalizacją odpowiadającą wspólnej elektrodzie tych elementów poprzecznych.

Figura 7 pokazuje, że pierwsza kategoria elementów autonomicznych jest wytworzona w obszarze izolowanym podłoża, przy czym elementy te mają na powierzchni dolnej obszar 4 warstwy czynnej o przewodności tego samego typu co podłoże, lecz silniej domieszkowanej. Ten obszar jest oddzielony od metalizacji M powierzchni dolnej warstwą izolacyjną 7, a styk z tym obszarem jest zapewniony przez dodatkowy silnie domieszkowany obszar 3, wytworzony na górnej powierzchni podłoża, który ma przewodnictwo tego samego typu co podłoże i pokrywa przynajmniej część obszaru 4. W tym przypadku wystąpi, ze względu na grubość podłoża, rezystancja pomiędzy obszarami 3 i 4, więc ten typ struktury jest korzystny dla elementów odpornych na wysokie napięcia, lecz nie przeznaczonych do wytrzymywania dużych gęstości prądu.

Pokazana na fig. 8A druga kategoria elementów autonomicznych jest wytworzona w części izolowanej podłoża. Te elementy mają na powierzchni dolnej warstwę czynną o przewodnictwie typu przeciwnego do typu przewodnictwa podłoża. W tym przypadku styk jest wyprowadzony przez ściany izolacyjne 6. Ponieważ ściany izolacyjne 6 mogą być stosunkowo silnie domieszkowane, takie elementy mogą być użyte jako elementy dużej mocy. W tym przypadku warstwa izolacyjna 7 powinna leżeć poniżej powierzchni dolnej elementu i dochodzić do granic zewnętrznych ścian izolacyjnych 6.

Figura 8B przedstawia odmienny układ, w którym obszar P powierzchni dolnej jest obszarem stosunkowo grubym, zajmującym zasadniczo połowę grubości podłoża i stykającym się ze ścianą izolacyjną 6 wytworzoną z górnej powierzchni.

Figura 9 pokazuje, że trzecia kategoria elementów autonomicznych jest wytworzona w części izolowanej podłoża. Te elementy są przeznaczone do tworzenia elementów obwodów logicznych wytwarzanych w obszarze dołu potencjału 10 o typie przewodnictwa przeciwnym do typu przewodnictwa podłoża.

Przykładowe zastosowanie podzespołu monolitycznego elementów mocy według wynalazku jest opisane w odniesieniu do mostka diodowego. Mostek diodowy przedstawiony na fig. 10A zawiera cztery diody D1-D4. Wspólna anoda diod D2 i D4 tworzy ujemną końcówkę T mostka, wspólna katoda diod D1 i D3 tworzy dodatnią końcówkę T+ mostka, a połączenia diod D1-D2 i D3-D4 tworzą końcówki T1 i T2 mostka.

Figura 10B przedstawia przekrój poprzeczny przykładu wykonania mostka diodowego z fig. 10A. Fig. 10C jest widokiem z góry mostka diodowego. Fig. 10B jest przekrojem poprzecznym wzdłuż linii B-B z fig. 10C.

Na figurach 10B i 10C, połączone katodami diody D1 i D3 są zwykłymi diodami poprzecznymi i zawierają: na górnej powierzchni słabo domieszkowanego podłoża 1 typu n, obszar P1 typu p, a na powierzchni dolnej obszar N2 typu n+, stykający się z dolną metalizacją M, która jest metalizacją T+ na fig. 10A. Diody D2 i D3 są wytworzone w częściach izolowanych podłoża, oddzielonych od reszty podłoża ścianą P3 typu p, otrzymaną zwykłą techniką głębokiej dyfuzji z górnej i dolnej powierzchni. Dolna powierzchnia tych obszarów izolowanych i dolna powierzchnia ściany P3 są chronione warstwą izolacyjną 7 z dielektryka, takiego jak tlenek krzemu. Każda z diod D2 i D4 zawiera na górnej powierzchni obszar N4 katody typu n+, wytworzony w podłożu N. Obszary N4 są różne dla każdej z diod D2 i D4. Na dolnej powierzchni obszar P5 typu p tworzy wspólną anodę diod D2 i D4. Styk anody jest wyprowadzony od metalizacji T- Metalizacja T1 łączy obszar Pl z obszarem N4, podczas gdy metalizacja T2 zgodnie z fig. 10C łączy odpowiedni obszar diody D3 z odpowiednim obszarem diody D4.

W widoku z góry obszary, w których metalizacje T1 i T2 stykają się z leżącymi poniżej obszarami półprzewodnikowymi, są oznaczone liniami przerywanymi. Pozostałe części tych metalizacji są wytwarzane na warstwie tlenku.

177 994

Figura 11A przedstawia mostek prostowniczy zawierający cztery diody D1-D4 połączone jak na fig. 10A.

Aby zabezpieczyć diody mostka, a szczególnie elementy, które mogą być dołączone do końcówek T+ i T, zwykle jest stosowany dwukierunkowy element zabezpieczający S, taki jak podwójna dioda Shockleya umieszczona pomiędzy końcówkami T1 i T2. Ten element zabezpieczający umożliwia na przykład zabezpieczenie przed uderzeniem pioruna, który może być doprowadzony linią telefoniczną lub przed przepięciami spowodowanymi stykiem pomiędzy linią telefoniczną, a linią sieci.

Układ przedstawiony na fig. 11 A, wykorzystujący podwójną diodę Shockleya jako element zabezpieczający, działa prawidłowo, lecz wymaga zastosowania kilku dodatkowych elementów dyskretnych: podwójnej diody Shockleya i mostka prostowniczego. Mostek jest często wykonany w postaci dwóch elementów krzemowych, z których każdy scala gałąź mostka i jest montowany w tej samej obudowie.

Wynalazek umożliwia wytwarzanie takiego mostka zabezpieczonego przed przepięciami i przetężeniami w postaci elementu monolitycznego.

Wynalazek oparty jest na analizie układu z fig. 11 A. Układ został zmodyfikowany w celu wytworzenia go w postaci monolitycznej. W szczególności zaproponowano odmienne wykonania układu z fig. 11 A, takie jak uwidocznione na fig. 11D i 11C.

W układzie na fig. 11D dioda S jest zmieniona przez dwie jednokierunkowe diody Shockleya S1 i S3 połączone szeregowo i włączone pomiędzy końcówki T1 i T2, których wspólna katoda jest dołączona do wspólnej anody diod D2 i D4.

Na figurach 11D i 11C, diody D1-S1, D3-S3 i D2-S2, D4-S4 zostały umieszczone w pobliżu siebie, ponieważ zaproponowane wykonanie w postaci elementu monolitycznego dokładniej łączy diody, które mają wspólne końcówki.

Element przedstawiony na fig. 12A i 12D, który realizuje układ z fig. 11D, jest wytworzony przy użyciu słabo domieszkowanej płytki krzemowej 1 typu n. Jak pokazano na fig. 12A i 12D, diody Shockleya S1 i S3, a także diody D1 i D3 połączone przeciwsobnie, są umieszczone poprzecznie w lewej części elementu, a diody D2 i D4 są umieszczone w części izolowanej z prawej strony elementu.

Lewa część elementu zawiera dwa obszary dołu potencjału 10 i 11 typu p utworzone z górnej powierzchni podłoża 1. Zasadniczo połowa powierzchni każdego obszaru dołu potencjału 10 i 11 jest wytwarzana w obszarach 12 i 13 typu n, które tworzą katodę diod Shockleya S1, S3. Obszary 12, 13 są zwykle nieciągłe tak, że części materiału obszarów dołu potencjału 10, 11 rozprzestrzeniają się ku górze poprzez otwory wytworzone w obszarach 12, 13 w celu wytwarzania tak zwanych zwarć emiterowych. Zasadniczo poniżej obszarów 12 i 13 są wytwarzane z dolnej powierzchni podłoża obszary typu p. Na fig. 12A jest widoczny tylko obszar 14 znajdujący się poniżej obszaru 12. Te obszary typu p tworzą, anody diod Shockleya. Poniżej części obszarów dołów potencjałów 10 i 11, które nie zawierają obszarów 12 i 13 typu n, jest wytworzony z powierzchni dolnej podłoża obszar typu n+, z których jest widoczny tylko obszar 16 odpowiadający katodzie diody D1. Korzystnie poniżej obszaru 12 i symetrycznie, poniżej obszaru 13, na powierzchni rozdziału pomiędzy obszarem 10 i podłożem 1, silniej domieszkowany niż podłoże obszar 17 typu n ustala napięcie przerzutu diod Shockleya.

Diody D1 i D4 znajdują się w prawej części fig. 12A. i fig. 12D. Te diody są wytworzone w obszarach izolowanych. W wykonaniu z fig. 12 części izolowane są wytworzone z obszaru 18 głębokiej dyfuzji rozciągającego się od górnej powierzchni i łączącego się z obszarem 20 głębokiej dyfuzji, wytworzonego z powierzchni dolnej. Te obszary 18 i 20 głębokiej dyfuzji typu p ograniczają w podłożu dwa obszary dołu potencjału 22 i 23 typu n, wewnątrz których są wytworzone nadmiernie domieszkowane obszary typu n+, odpowiednio obszary 24 i 25. Złącze pomiędzy obszarem dołu potencjału 22 typu n a obszarami 18, 20 głębokiej dyfuzji typu p odpowiada diodzie D2, a złącze pomiędzy obszarem dołu potencjału 23 typu n a obszarami 18, 20 głębokiej dyfuzji typu p odpowiada diodzie D4.

Powierzchnia dolna obszaru 20 głębokiej dyfuzji typu p jest pokryta warstwą izolacyjną, zwykle warstwą. 26 tlenku krzemu. Podobnie powierzchnia górna elementu jest pokryta warstw-ą 27 tlenku krzemu, wytrawioną w tych miejscach, gdzie wymagane są styki pomiędzy obszarami elementu i metalizacjami.

177 994

Powierzchnia dolna elementu jest pokryta jednorodnie metalizacją, odpowiadającą końcówce T+ układu z fig. 11B. Na widoku z góry na fig. 12B, kontur metalizacji jest narysowany linią punktową. Pierwsza metalizacja, odpowiadająca końcówce T1 zasilania prądem przemiennym, styka się z powierzchnią górną obszaru 12 typu n, obszaru 10 dołu potencjału i obszaru 24 typu n+. Druga metalizacja, odpowiadająca drugiej końcówce T2 zasilania prądem zmiennym, jest prowadzona symetrycznie na warstwie 13, obszarze 11 dołu potencjału i górnej powierzchni obszaru 25 typu n+. Górna powierzchnia obszaru 18 głębokiej dyfuzji typu p jest pokryta metalizacją odpowiadaj ącą końcówce TW celu wytworzenia elementu monolitycznego odpowiadającego układowi z fig. 11C, można użyć strukturę z fig. 12A i fig. 12B poprzez inwersję wszystkich typów przewodnictwa różnych warstw. Ze względów technologicznych jest zalecane często wytwarzanie elementów monolitycznych z podłoża półprzewodnikowego typu n.

Figury 13A i 13B przedstawiają przekrój poprzeczny i widok z góry elementu monolitycznego według wynalazku, odpowiadający układowi z fig. 11C. Element jest wytworzony z podłoża 1 typu n. Diody S2, b2, S4, B4 są umieszczone w prawej części figury, a diody D1, B3 w lewej części.

Cały element jest otoczony ścianą 30 typu · p, · utworzoną przez złącze uzyskane w wyniku dyfuzji wstępującej i dyfticji zstępującej, które są realizowane z powierzchni dolnej i górnej. Jednocześnie jest wytwarzana ściana środkowa 31, dzieląca płytkę na dwie części. Dodatkowo ściana 32 z fig. 13B oddziela obszary, gdzie wytwarzane są diody D2-S2 i B4-S4.

Dioda Shockleya S2, widoczna w przekroju poprzecznym z fig. 13A, zawiera od powierzchni górnej podłoża: obszar 40 anody typu p, podłoże 1 typu n, obszar 42 typu p wytworzony z dolnej powierzchni, w którym jest wytworzony obszar 44 typu n, taki jak obszar 12 z fig. 12, który zwiera emiter. Obszar 46 typu n+ jest wytworzony na powierzchni rozdziału obszaru 42 typu p i podłoża typu n, w celu ustalenia progu przełączania diody Shockleya.

Dioda B2 zawiera, od powierzchni górnej do powierzchni dolnej, obszar 50 typu n+, sąsiadujący z obszarem 40 i który tworzy katodę diody B2. Zawiera on także podłoże typu n i rozszerzenie obszaru 42 typu p, który odpowiada anodzie.

Diody S4 i B4 są identyczne z diodami S2 i B2, przedstawionymi w widoku z góry na fig. 13B, która przedstawią także obszary 41 i 51 odpowiadające obszarom 40 i 50.

Diody D1 i D3 znajdują się w lewej części fig. 13B, ograniczonej ścianą izolacyjną 30,

31. Na górnej powierzchni podłoża są wytworzone obszary 52, 53 odpowiadające anodom diod D1 i D3 i obszar 54 typu n+ odpowiadający wspólnym katodom diod D1 i D3. Powierzchnia dolna obszaru dołu potencjału, która jest ograniczona ścianami izolacyjnymi 30, 31, jest pokryta warstwą izolacyjną 55.

Metalizacja jest wytworzona na powierzchni dolnej i odpowiada końcówce T z fig. 11C. Metalizacja jest wytworzona na obszarze 54 typu n+ i odpowiada końcówce T+. Metalizacja odpowiadająca końcówce T1 pokrywa obszar 52 typu p, obszar 50 typu n+ i obszar 40 typu p. Metalizacja odpowiadająca elektrodzie T2 pokrywa obszary 53, 51 i 41.

Struktury na fig. 12B i fig. 13B są podane tylko przykładowo, wybierając różne kształty obszarów czynnych.

Wynalazek umożliwia wytworzenie elementu także jako układ monolityczny tworzący mostek prostowniczy zabezpieczony przed przepięciami i przetężeniami.

Figura 14A przedstawia schemat układu spełniającego taką funkcję. Diody Shockleya odpowiadają tyrystorom, których bramki są dołączone do końcówki T, która jest dołączona przez rezystor R do punktu połączenia katod tych tyrystorów i połączenia anod diod B2 i B4. Elementy S2 i S4 mogą działać albo jako diody Shockleya, jak to opisano powyżej w przypadku przepięcia albo jako tyrystory, gdy prąd w rezystorze R, to znaczy prąd mostka prostowniczego, przekracza określony próg.

Figury 14B i 14C przedstawiają przekrój poprzeczny i widok z góry elementu monolitycznego uzyskanego z elementu z fig. 13A i fig. 13B, umożliwiającego wytworzenie układu z fig. 14A. Ten element z lewej strony linii A-A jest identyczny z elementem przedstawionym na fig. 13A i fig. 13B z wyjątkiem tego, że metalizacja powierzchni dolnej nie jest dołączona. Niektóre elementy są oznaczone tymi samymi odnośnikami i lewa część fig. 14B i fig. 14C nie będzie ponownie opisywana.

177 994

W prawej części elementu z fig. 14B i fig. 14C, na stronie dolnej, jest przedłużona warstwa 42 tak, jak metalizacja powierzchni dolnej. Na stronie górnej dodatkowe obszary 60 i 61 typu p, nie stykające się z obszarem 40 typu p, rozciągają się do ściany 30 typu p. Obszary 62 i 63 typu n są wdyfundowane w obszary 60 i 61.

Metalizacja dołączona do końcówki T styka się z obszarami 60 i 61 typu p po stronie tych obszarów przeciwnej do ściany 30, a obszary dyfuzyjne 62 i 63 typu n są umieszczone pomiędzy tą metalizacją i ścianą 30. Zatem powierzchnia dolna elementu, która poprzednio stanowiła końcówkę Τ', jest w tym przypadku dołączona do końcówki T przez ścianę 30 i rezystory ściśnięte o odpowiednich wartościach 2R, umieszczone poniżej obszarów dyfuzyjnych 62 i 63 typu n. Dodatkowa metalizacja 64, nie dołączona do końcówki zewnętrznej, jest wytworzona na powierzchni górnej ściany 30 i obszarów dyfuzyjnych 62 i 63. Przy normalnej pracy, rezystory równoległe 2R są włączone pomiędzy końcówkę wejściową mostka i końcówkę wyjściowąT' mostka.

Przy wystąpieniu przepięcia, które wprowadzi na przykład diodę Shockleya S2 w stan przewodzenia, to przepięcie jest odprowadzane przez diodę S2 i diodę D4 wzdłuż ścieżki zawierającej metalizację T1, obszar 40 typu p, podłoże typu n, obszar 42 typu p obszar 44 typu n, metalizację powierzchni dolnej, podłoże 1 i obszar 51 anody diody D4 dołączonej do metalizacji T2. Ta ścieżka nie jest pokazana na przekroju poprzecznym na fig. 14B, dokonanym wzdłuż linii B-B z fig. 14C, ponieważ przedstawia on część dolną widoku z góry z fig. 14C.

Załóżmy, że podczas normalnej pracy mostka prostowniczego D1-D4, przetężenie pojawia się wtedy, gdy prąd płynie pomiędzy końcówkami T1 i T przez diodę D2, to jest, prąd płynie ścieżką od metalizacji T1, obszar 50, podłoże 1, obszar 42, metalizację dolną ścianę 30 do metalizacji T'. Pomiędzy ścianą 30 i metalizaccą T, prąd jest dzielony na dwie części; jedna część płynie przez warstwę 60 poniżej obszaru 62, druga część płynie przez warstwę 61 poniżej obszaru 63. Każda ścieżka ma rezystancję równą 2R, czyli rezystancja równoważna jest rezystancją. R. Kiedy prąd w rezystorze ściśniętym poniżej obszaru dyfuzyjnego 62 lub 63 przekracza określoną wartość i spadek napięcia na tym rezystorze przekracza 0,7 V, złącza pn 60-62 i 61-63 przewodzą. Złącze p-n 61-63 jest częścią tyrystora, w którym obszar 63 typu n stanowi katodę, obszar 61 typu p stanowi obszar bramki katody, podłoże stanowi bazę, a obszar 40 lub 41 typu p stanowi anodę. Zatem ten tyrystor przewodzi, a ładunki są wstrzykiwane do podłoża 1, co przełącza warstwową diodę Shockleya S4. Przetężenie jest odprowadzane przez diodę Shockleya S4 i diodę D2 ścieżką nie uwidocznioną na przekroju poprzecznym z fig. 14b.

Opisana sytuacja odpowiada przypadkowi, gdy pojawia się przetężenie, podczas gdy końcówka T2 ma bardziej dodatni potencjał niż końcówka T1. W tym przypadku zwarcie występuje, gdy diody S4 i D2 przewodzą, co opisano powyżej. Wówczas, gdy końcówka T1 ma bardziej dodatni potencjał niż końcówka T2, ten sam mechanizm przełącza diodę Shockleya S2 i zwarcie następuje poprzez diody D4 i S2.

Poza tym w opisanym przypadku rezystor R składający się z dwóch rezystorów 2R połączonych równolegle, jest scalony. Jest możliwe dołączenie do obudowy zewnętrznego rezystora R o regulowanej wartości, który umożliwia wybór wartości progowej prądu zabezpieczającego.

Do powyższych wykonań mogą być wprowadzone modyfikacje. Przykładowo, złącza diod S2, S4, D2, D4 z fig. 11C lub złącza diod S1, S3, D1, D3 z fig. 11B mogą być dołączone do końcówek zewnętrznych przez dodatkową diodę połączoną przeciwsobnie z dodatkową diodą Shockleya w celu zabezpieczenia względem napięcia odniesienia, takiego jak masa. Jest zalecane w przypadku układu z fig. 12B podwojenie struktury poprzecznej, włączając podzespół S1-D1 lub S3-D3, a w wykonaniu z fig. 13B podwojenie wzoru warstwowego zawierającego podzespół S2-D2 lub S4-D4.

Te przykłady zastosowań pokazują pewną ilość możliwości występujących w projektowaniu wysokonapięciowych układów scalonych mocy według wynalazku, pozwalających wytwarzać autonomiczne elementy mocy w izolowanych częściach podłoża.

177 994

Fig. 1A

Fig. 1B

Fig. 2A

Fig.2B

Fig. 3A

Fig. 3B

Fig.4A

30Ε 30Β 3 ΙΕ 3 IB 31C 32Ε 32Β 32C

40Ε 40Β 41Ε41Β 41C 42Ε 42Β 42C

Fig. 4B

177 994

'P		p
	N-
P	P	P
	/

Ν’^ζ

Fig. 5

Fig. 6

Fig. 7

Ν'

Z Fig.9

177 994

Fig. 10A

Fig. 10B

Fig. 10C

177 994

Tl <S>

T2

S W

O <+)_T +

Tl

T2

Fig. 11A

Fig. 11B

Fig. UC

177 994

Fig. 12B

177 994

Fig.l3A

177 994

TlΤ2·

Dl D2

A ^^S2 ^T’

D3 D4

S4

T+

Fig.l4A

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół monolityczny warstwowych elementów półprzewodnikowych mocy, znamienny tym, że elementy są wytworzone na grubości słabo domieszkowanego podłoża półprzewodnikowego (1) o przewodnictwie typu pierwszego, mającego powierzchnię dolną i powierzchnię górną, która to powierzchnia dolna jest pokryta jednorodnie metalizacją (M), a przynajmniej niektóre z tych elementów, elementy autonomiczne, są wytworzone w Izolowanych obszarach podłoża (1), którego izolacja poprzeczna jest utworzona przez ścianę dyfuzyjną (6) o przewodnictwie typu drugiego i którego powierzchnia dolna jest izolowana przez dielektryczną warstwę izolacyjną (7) wprowadzoną pomiędzy powierzchnię dolną, podłoża i metalizację (M).
2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że obszar półprzewodnikowy powierzchni dolnej elementu autonomicznego ma przewodnictwo typu pierwszego, na powierzchni dolnej jest wytworzony obszar nadmiernie domieszkowany o przewodnictwie typu pierwszego i naprzeciw przynajmniej części obszaru nadmiernie domieszkowanego powierzchni dolnej jest wytworzony na powierzchni górnej obszar nadmiernie domieszkowany o przewodnictwie typu pierwszego, od którego jest odprowadzony styk.
3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że gdy obszar półprzewodnikowy powierzchni dolnej elementu autonomicznego ma przewodnictwo typu drugiego, ten obszar odchodzi poprzecznie w górę do ściany izolacyjnej, styk jest odprowadzony od powierzchni górnej ściany izolacyjnej, a dielektryczna warstwa izolacyjna jest utworzona poniżej powierzchni dolnej ściany izolacyjnej.
4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera co najmniej jeden obszar izolowany, w którym są wytworzone elementy logiczne.
5. Zespół według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że obszary o przewodnictwie typu pierwszego są obszarami typu n.
6. Zespół monolityczny warstwowych elementów półprzewodnikowych mocy, znamienny tym, że zawiera monolityczny mostek diodowy, zawierający w podłożu o przewodnictwie typu pierwszego dwie pierwsze diody warstwowe (D1, D2), których wspólne katody odpowiadają metalizacji powierzchni dolnej i w obszarze izolowanym podłoża, oddzielonym od pozostałej części podłoża przez ścianę izolacyjną (63) o przewodnictwie typu drugiego, dwie drugie diody warstwowe (03, D4), których wspólne anody odpowiadają warstwie o przewodnictwie typu drugiego, są wytworzone na dolnej powierzchni, której styk jest odprowadzony od górnej powierzchni przez ścianę izolacyjną (63), część powierzchni dolnej tych dwóch diod (B3, D4) jest pokryta warstwą izolacyjną wprowadzoną pomiędzy podłoże półprzewodnikowe i metalizację powierzchni dolnej.
7. Zespół monolityczny warstwowych elementów półprzewodnikowych mocy, znamienny tym, że zawiera jednofazowy mostek prostowniczy, zawierający pierwszą i drugą parę diod (D1, D3, D2, 04) połączonych szeregowo, umieszczonych pomiędzy końcówkami (T1, T2) zasilania prądem przemiennym, przy czym połączenia pomiędzy diodami każdej pary diod stanowią końcówki (T ⁺, T) zasilania prądem stałym i zespół zawiera dwie, szeregowe diody Shockleya (S1, S3; S2, S4) połączone przeciwsobnie względem diod pierwszej pary, przy czym diody Shockleya i pierwsza para diod są umieszczone warstwowo w podłożu półprzewodnikowym, którego powierzchnia górna zawiera dwie pierwsze metalizacje tworzące końcówki (T1, T2) zasilania prądem przemiennym i którego powierzchnia dolna zawiera trzecią metalizację tworzącą końcówkę (T') zasilania prądem stałym, odpowiadającą połączeniu pierwszych dwóch diod oraz druga para diod jest umieszczona w obszarze izolowanym, a czwarta metalizacja tworzy końcówkę (T) zasilania prądem stałym i każda metalizacja tworzy końcówkę zasilania prądem przemiennym.

177 994
8. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że jest wytworzony w podłożu o przewodnictwie typu pierwszego, mającym powierzchnię górną i powierzchnię dolną i zawiera na powierzchni górnej dwa pierwsze obszary (10, 11) o przewodnictwie typu drugiego, w których są wytworzone dwa drugie obszary (12, 13) o przewodnictwie typu pierwszego, na powierzchni dolnej dwa trzecie obszary (14) o przewodnictwie typu drugiego, umieszczone poniżej drugich obszarów i dwa czwarte obszary (16) o przewodnictwie typu pierwszego, umieszczone poniżej części pierwszych obszarów, które nie zawieraj ą drugich obszarów, dwa obszary mające doły potencjału (22, 23) o przewodnictwie typu pierwszego, ograniczone przez ściany izolacyjne (18, 20) o przewodnictwie typu drugiego, rozciągające się poprzez podłoże, pierwsza metalizacja (T1) styka się z powierzchniąjednego z pierwszych obszarów, odpowiedniego drugiego obszaru i obszaru dołu potencjału, druga metalizacja (T2) styka się z powierzchnią pozostałego pierwszego obszaru, pozostałego odpowiedniego drugiego obszaru i pozostałego obszaru dołu potencjału, trzecia metalizacja (T ) styka się z powierzchnią górna ściany izolacyjnej i czwarta metalizacja (T) styka się z powierzchnią dolną podłoża, oprócz ściany izolacyjnej i obszaru ograniczonego przez ścianę.
9. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że drugie obszary są nieciągłe.
10. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że część dolna ściany izolacyjnej jest utworzona przez obszar (20) usytuowany poniżej obszarów dołów potencjału.
11. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że czwarta metalizacja pokrywa całą powierzchnię dolną elementu, przy czym powierzchnia dolna ściany izolacyjnej i powierzchnia obszaru tak ograniczonego są pokryte warstwą izolacyjną takąjak tlenek krzemu.
12. Zespół według zastrz. 7, znamienny tym, że jest wytworzony w podłożu o przewodnictwie typu pierwszego, mającym powierzchnię górną i powierzchnię dolną, i zawiera pierwszą, drugą i trzecią część podłoża, ograniczone przez ściany izolacyjne (30, 31, 32) o przewodnictwie typu drugiego, na boku powierzchni górnej pierwszy obszar (40, 41) o przewodnictwie typu drugiego w każdej części, pierwszej i drugiej, na boku powierzchni dolnej, w każdej części, pierwszej i drugiej, drugi obszar (42) o przewodnictwie typu drugiego, w którym są wytworzone, poniżej każdego z dwóch pierwszych obszarów, dwa trzecie obszary (44) o przewodnictwie typu pierwszego, w trzeciej części dwa czwarte obszary (52, 53) o przewodnictwie typu drugiego, pierwszą metalizację (T1) stykającą się z powierzchnią górną pierwszej części, pierwszego odpowiedniego obszaru i czwartego obszaru, drugą metalizację (T2) stykającą się z powierzchnią górną drugiej części, pierwszego odpowiedniego obszaru i pozostałego czwartego obszaru, trzecią metalizację stykającą się z powierzchnią górną trzeciej części i czwartą metalizację stykającą się z powierzchnią dolną elementu, oprócz obszaru odpowiadającego trzeciej części.
13. Zespół według zastrz. 12, znamienny tym, że trzecie obszary są nieciągłe.
14. Zespół według zastrz. 12, znamienny tym, że styki z obszarami pierwszej, drugiej i trzeciej części powierzchni górnej podłoża są wyposażone w obszary nadmiernie domieszkowane o przewodnictwie typu pierwszego.
15. Zespół według zastrz. 7 albo 8, albo 9, albo 10, albo 11, albo 12, albo 13, albo 14, znamienny tym, że zawiera elementy przełączające czynne przy przetężeniach.
16. Zespół według zastrz. 15, znamienny tym, że zawiera piąte obszary (60, 61) o przewodnictwie typu drugiego, w pobliżu pierwszych obszarów (40, 41), które stykają się ze ścianą izolacyjną i każdy zawiera szósty obszar (62, 63) o przewodnictwie typu pierwszego, dzielący piąte obszary na dwie części, piątą metalizację stykającą się z częścią piątych obszarów, która jest oddalona od ściany izolacyjnej oraz szóstą metalizację stykającą się ze ścianą izolacyjną i szóstymi obszarami.