B11812 - 12-T000-0201 1 COMPOSANT DE PUISSANCE VERTICAL HAUTE TENSION Domaine de l'invention La présente invention concerne un composant de puissance vertical susceptible de supporter une tension élevée (typiquement 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 protéger les 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 la face supérieure comprend un caisson 3 dopé de type P (P) 15 s'étendant sur presque toute la surface du composant sauf à sa périphérie, et dont la face inférieure comprend une couche 5 dopée de type P (P) s'étendant sur toute la surface du composant. Le caisson supérieur 3 contient une région 4 fortement dopée de type N (Nt), et la couche inférieure 5 20 contient une région 6 fortement dopée de type N (N+) dans une zone sensiblement complémentaire (en vue de dessus) de celle occupée par la région 4. Le caisson supérieur 3 contient en B11812 - 12-T000-0201 2 outre une région de petite étendue 8 fortement dopée de type N (N+) . Du côté de la face inférieure du composant, une électrode de conduction A2 revêt toute la surface du composant, et du coté de la face supérieure, une électrode de conduction 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 des électrodes. 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. Le triac est entièrement entouré par un mur diffusé 11 dopé de type P (P) formé à partir des faces inférieure et supérieure du substrat et s'étendant sur toute l'épaisseur du substrat. Du côté de la face inférieure du composant, la couche 5 s'étend latéralement jusqu'au mur diffusé 11, et du côté de la face supérieure, le caisson 3 s'arrête avant le mur diffusé 11. Le mur 11 a notamment pour fonction d'isoler les faces latérales du substrat 1 et d'éviter ainsi d'éventuels courts-circuits du composant par des remontées de soudure lorsque l'électrode inférieure A2 du composant est soudée à une plage de contact d'un dispositif extérieur. 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 le mur diffusé 11. Dans cet exemple, un anneau d'arrêt de canal 13 fortement dopé de type N (Nt) est en outre disposé entre le caisson 3 et le mur 11 et entoure le caisson 3. Un inconvénient de la structure de la figure 1 est lié 35 à la présence d'un transistor bipolaire latéral parasite formé B11812 - 12-T000-0201 3 par le caisson 3 de type P (émetteur) , le substrat 1 de type N (base) et le mur diffusé 11 de type P (collecteur). Ce transistor latéral parasite entraîne une dégradation des performances du composant dans certaines configurations d'utilisation. En particulier, la présence de ce transistor entraîne une diminution de la sensibilité d'amorçage dans le quadrant Q4, c'est-à-dire lorsqu'une tension négative est appliquée entre les électrodes Al et A2, et que le déclenchement du composant est effectué par application d'un courant positif sur la gâchette G. En d'autres termes, la présence de ce transistor entraîne une augmentation de l'intensité de courant de gâchette nécessaire à l'amorçage dans le quadrant Q4. De plus, la présence du transistor latéral parasite entraîne une diminution de la vitesse de commutation du composant de l'état passant vers l'état bloqué lorsque la tension entre les électrodes Al et A2 passe d'une valeur positive à une valeur négative. Pour réduire l'influence du transistor latéral parasite, il est connu de prévoir un dopage du substrat à l'or ou au platine, ou une irradiation électronique du substrat, de façon à diminuer la durée de vie des porteurs minoritaires dans la région de base du transistor PNP, et diminuer ainsi le gain du transistor. Un tel dopage ou une telle irradiation présente toutefois l'inconvénient de dégrader les performances en conduction du composant (augmentation de la chute de tension à l'état passant), de diminuer la sensibilité de déclenchement du composant, et d'augmenter les courants de fuite à l'état bloqué. Résumé Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente invention est de prévoir une structure périphérique de composant de puissance vertical haute tension palliant au moins en partie certains des inconvénients des structures périphériques connues. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention 35 prévoit un composant de puissance vertical comprenant : un B11812 - 12-T000-0201 4 substrat en silicium d'un premier type de conductivité ; du côté d'une face inférieure du substrat ne supportant qu'une seule électrode, une couche inférieure du second type de conductivité ; et du côté d'une face supérieure du substrat supportant une électrode de conduction et une électrode de gâchette, une région supérieure du second type de conductivité, dans lequel la périphérie du composant comprend, du côté de la face inférieure, un anneau isolant en silicium poreux pénétrant dans le substrat sur une profondeur supérieure à celle de la couche inférieure.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, la couche inférieure s'étend latéralement jusqu'à l'anneau isolant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la périphérie du composant comprend en outre, du côté de la face supérieure, un anneau dopé du second type de conductivité s'étendant verticalement dans le substrat jusqu'à l'anneau isolant. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la région supérieure est un caisson s'arrêtant, latéralement, 20 avant l'anneau dopé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la périphérie du composant comprend en outre, du côté de la face supérieure, un anneau isolant en silicium poreux pénétrant dans le substrat sur une profondeur supérieure à celle de la région 25 supérieure. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'anneau isolant supérieur s'étend verticalement dans le substrat jusqu'à l'anneau isolant inférieur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 30 l'anneau isolant supérieur s'arrête, verticalement, avant l'anneau isolant inférieur, un anneau intermédiaire du second type de conductivité séparant le bord inférieur de l'anneau isolant supérieur du bord supérieur de l'anneau isolant inférieur.
B11812 - 12-T000-0201 Selon un mode de réalisation de la présente invention, la région supérieure est une couche s'étendant, latéralement, jusqu'à l'anneau isolant supérieur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 5 le composant susmentionné constitue un triac, dans lequel : une première région fortement dopée du premier type de conductivité s'étend dans une partie de la région supérieure, la première région et une partie de la région supérieure étant en contact avec une première électrode de conduction ; une deuxième région fortement dopée du premier type de conductivité s'étend dans une partie de la région supérieure, la seconde région et une partie de la région supérieure étant en contact avec une électrode de gâchette ; et une troisième région fortement dopée du premier type de conductivité, sensiblement complémentaire en projection de la première région, s'étend dans une partie de la couche inférieure, la troisième région et une partie de la couche inférieure étant en contact avec une seconde électrode de conduction. Selon un mode de réalisation de la présente invention, 20 le substrat de silicium est de type N. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif 25 en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, précédemment décrite, est une vue en coupe représentant un exemple de structure périphérique connue de composant de puissance vertical haute tension ; la figure 2 est une vue en coupe représentant un mode 30 de réalisation d'une structure périphérique de composant de puissance vertical haute tension ; et la figure 3 est une vue en coupe représentant un autre mode de réalisation d'une structure périphérique de composant de puissance vertical haute tension.
B11812 - 12-T000-0201 6 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 2 est une vue en coupe représentant un mode de réalisation préféré d'une structure périphérique de composant de puissance vertical haute tension.
La figure 2 représente un triac dont les différents éléments sont désignés par les mêmes références que les éléments correspondants du triac de la figure 1. Le composant de la figure 2 diffère du composant de la figure 1 en ce que, du côté de sa face inférieure, une partie inférieure du mur périphérique diffusé qui entoure le composant (mur 11 de la figure 1) a été transformée en une région isolante en silicium poreux. Ainsi, à la périphérie du composant de la figure 2, on trouve, du côté de la face supérieure, une portion de mur diffusé 21 dopée de type P pénétrant sur une certaine profondeur dans le substrat 1, et, du coté de la face inférieure, sensiblement en regard de la portion de mur diffusé 21, une région isolante annulaire 22 en silicium poreux pénétrant dans le substrat 1 sur une profondeur supérieure à celle de la couche 5 et rejoignant la région diffusée 21. Dans l'exemple représenté, la portion de mur diffusé 21 et la région isolante annulaire 22 se rejoignent approximativement au milieu de l'épaisseur du substrat. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier. Plus généralement, la région isolante 22 s'étend par exemple sur une profondeur comprise entre un quart et trois quarts de l'épaisseur du substrat. La profondeur de la région isolante annulaire 22 doit en outre de préférence être choisie suffisamment importante pour minimiser le risque que, lors du montage du composant, des remontées de soudure ne viennent court-circuiter l'électrode A2 et la portion de mur B11812 - 12-T000-0201 7 diffusé 21. A titre d'exemple, la région isolante 22 s'étend de préférence sur une profondeur d'au moins 75 pm. Un avantage du mode de réalisation de la figure 2 est que le transistor bipolaire latéral parasite formé par le caisson 3 de type P (émetteur) , le substrat 1 de type N (base) et la portion de mur diffusé 21 de type P (collecteur), se trouve isolé par la région annulaire 22 en silicium poreux. En d'autres termes, dans le composant de la figure 2, le collecteur du transistor PNP latéral parasite est flottant, et non pas relié à l'électrode A2 comme dans la structure de la figure 1. Les essais menés par les inventeurs ont montré que la structure de la figure 2 permet d'obtenir une meilleure sensibilité d'amorçage, en particulier dans le quadrant Q4, que la structure de la figure 1. De plus, la structure de la figure 2 permet d'obtenir une vitesse de commutation du composant de l'état passant vers l'état bloqué nettement plus élevée qu'avec la structure de la figure 1. Ces avantages sont obtenus sans qu'il ne soit nécessaire de recourir à un traitement du substrat en vue de diminuer la durée de vie des porteurs minoritaires (par exemple un dopage or ou platine, ou une irradiation électronique) . Ainsi, la structure de la figure 2 permet d'obtenir un meilleur compromis entre la vitesse de commutation, les performances en conduction, la sensibilité de déclenchement, et les courants de fuite à l'état bloqué, que les structures connues. Les essais menés par les inventeurs ont en outre montré que la modification proposée n'entraîne aucune diminution de la tenue en tension du composant à l'état bloqué par rapport à la structure de la figure 1. A titre d'exemple, pour réaliser la structure de la figure 2, on part d'une tranche d'un substrat 1 de silicium faiblement dopé de type N, et on réalise un mur annulaire diffusé de type P s'étendant verticalement sur toute l'épaisseur du substrat, délimitant une portion de substrat dans laquelle va être formé le composant. A titre d'exemple, le substrat 1 a une épaisseur comprise entre 200 et 300 pm, par exemple de l'ordre B11812 - 12-T000-0201 8 de 250 pm, et le mur est formé par diffusion d'atomes de bore, avec une concentration en surface de l'ordre de 5*1017 à 5*1018 atomes/cm3, par exemple de l'ordre de 1018 atomes/cm3, à partir des faces avant et arrière du substrat. La profondeur de diffusion est choisie supérieure ou égale à la moitié de l'épaisseur du substrat, de façon que les régions diffusées supérieure et inférieure se rejoignent au milieu de l'épaisseur du substrat. On peut ensuite former les régions diffusées 3, 5, 4, 6 et 8 du composant. A titre d'exemple, les régions 3 et 5 sont formées par diffusion d'atomes de bore sur une profondeur de l'ordre 20 à 50 um, par exemple de l'ordre de 35 um, avec une concentration en surface de l'ordre de 1018 à 1019 atomes/cm3, par exemple de l'ordre de 5*1018 atomes/cm3. Les régions 4, 6 et 8 peuvent être formées par diffusion d'atomes de phosphore sur une profondeur de l'ordre de 5 à 15 um, par exemple de l'ordre de 10 }un, avec une concentration en surface de l'ordre de 5*1019 à 3*1020 atomes/cm3, par exemple de l'ordre de 1020 atomes/cm3. On peut ensuite former la région isolante annulaire 22 en silicium poreux, qui correspond en fait à une partie inférieure du mur annulaire diffusé que l'on rend poreuse, par exemple par un procédé de dissolution électrochimique. A titre d'exemple, des couches de protection isolante inférieure et supérieure sont formées sur les faces inférieure et supérieure de la tranche semiconductrice, ces couches comportant des ouvertures en regard des surfaces inférieure et supérieure du mur diffusé annulaire. Les couches de protection sont par exemple en nitrure de silicium. La tranche peut ensuite être plongée dans une solution électrolytique à base d'acide fluorhydrique entre deux électrodes, de sorte qu'il circule un courant entre les deux électrodes passant par la solution électrolytique et par le mur diffusé. L'électrode négative est disposée du côté de la face inférieure de la tranche, et l'électrode positive du côté de la face supérieure. Du côté de l'électrode négative (face inférieure), il se produit une réaction conduisant à transformer progressivement le silicium dopé de type P du mur annulaire en B11812 - 12-T000-0201 9 silicium poreux. Cette réaction se produit essentiellement en regard des ouvertures formées dans la couche de protection inférieure et reste confinée dans la partie fortement dopée de type P correspondant à la partie inférieure du mur. La durée de l'attaque électrochimique et l'intensité du courant circulant entre les électrodes déterminent le degré de porosité (pourcentage de pores) et la profondeur de la région annulaire 22. Les propriétés isolantes de la région 22 dépendent du degré de porosité du silicium, qui peut être choisi en ajustant les paramètres d'électrolyse. A titre d'exemple, on peut former une région 22 présentant un degré de porosité de l'ordre de 30 à 70 % et de préférence de l'ordre de 50 à 60%. Après l'attaque électrochimique, on peut prévoir une étape d'oxydation du silicium poreux 22, ce qui permet d'améliorer ses propriétés isolantes. On notera qu'il est préférable de prévoir de former la région de silicium poreux 22 après la formation des diverses régions diffusées du composant (régions 3, 5, 4, 6 et 8 dans cet exemple). En effet, si la région 22 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. La figure 3 est une vue en coupe représentant un autre mode de réalisation d'une structure périphérique de composant vertical de puissance haute tension. La figure 3 représente un triac dont les différents éléments sont désignés par les mêmes références que les éléments correspondants des triacs des figures 1 et 2. A la périphérie du composant de la figure 3, on trouve, du côté de la face inférieure, une région isolante 30 annulaire inférieure 22 en silicium poreux pénétrant dans le substrat sur une profondeur supérieure à celle de la couche 5 de type P, et, du côté de la face supérieure, sensiblement en regard de la région 22, une région isolante annulaire supérieure 32 en silicium poreux pénétrant dans le substrat sur une 35 profondeur supérieure à celle de la région 3 de type P. Dans B11812 - 12-T000-0201 10 l'exemple représenté, les régions 22 et 32 ne se rejoignent pas et un anneau intermédiaire flottant 31 de silicium dopé de type P sépare le bord inférieur de l'anneau 32 du bord supérieur de l'anneau 22. Dans une variante de réalisation, on peut prévoir 5 que les anneaux 22 et 32 se rejoignent de façon à former ensemble un mur annulaire périphérique en silicium poreux s'étendant sur toute l'épaisseur du substrat. Du côté des faces supérieure et inférieure respectivement, la région 3 de type P s'étend latéralement jusqu'à la région isolante annulaire 32, et 10 la région 5 de type P s'étend latéralement jusqu'à la région isolante annulaire 22. Un avantage de la structure de la figure 3 est qu'elle nécessite pour sa réalisation un nombre de masques inférieur au nombre de masques nécessaire pour réaliser la structure de la 15 figure 2. En effet, dans la structure de la figure 3, la région supérieure 3 de type P forme une couche qui s'étend sur toute la surface supérieure du composant. Ainsi, sa réalisation ne nécessite pas de masque contrairement au caisson 3 de type P de la structure de la figure 2 qui doit être localisé.
20 Un autre avantage est que, dans la structure de la figure 3, côté face avant, la distance e3 entre le bord du composant et la limite de la couche isolante de passivation supérieure 9 (début de l'électrode Al ou G respectivement) est plus petite que la distance e2 entre le bord du composant et la 25 limite de la couche de passivation supérieure dans la structure de la figure 2. Ainsi, dans la structure de la figure 3, la surface disponible pour les électrodes du composant est plus importante que dans la structure de la figure 2 ; ou bien, pour des valeurs données de surface des électrodes, la surface totale 30 du composant de la figure 3 est moins importante que celle du composant de la figure 2 ce qui revient à diminuer son coût. Pour réaliser la structure de la figure 3, on peut par exemple utiliser un procédé du type décrit en relation avec la figure 2, comportant non pas une seule, mais deux étapes 35 distinctes de dissolution électrochimique du mur annulaire B11812 - 12-T000-0201 11 diffusé fortement dopé de type P qui délimite le composant. A titre d'exemple, on prévoit une première étape de dissolution électrochimique, similaire à celle décrite en relation avec la figure 2, pour former la région isolante inférieure 22 de la structure de la figure 3. On peut ensuite prévoir une seconde étape de dissolution électrochimique en inversant la polarisation des électrodes, pour former la région isolante supérieure 32 de la structure. Des modes de réalisation particuliers de la présente 10 invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on a décrit ci-dessus des structures de composant vertical de puissance en prenant pour exemple le cas où le composant est un triac. Les modes de réalisation 15 proposés ne se limitent pas à ce cas particulier. L'homme de l'art saura adapter les structures proposées à d'autres composants comportant : un substrat en silicium de type N ; du côté d'une face inférieure ne supportant qu'une 20 seule électrode, une couche semiconductrice de type P ; et du côté d'une face supérieure supportant au moins une électrode de conduction et une électrode de gâchette, une région semiconductrice de type P. A titre d'exemple, l'homme de l'art saura adapter les 25 structures proposées au cas où le composant vertical de puissance haute tension est un thyristor. Par ailleurs, le mode de réalisation de la figure 2 ne se limite pas à l'exemple représenté dans lequel la structure comporte un anneau d'arrêt de canal 13 entre le caisson 3 de 30 type P et la portion du mur diffusé 21. En outre, l'invention ne se limite pas aux exemples de procédés de fabrication décrits en relation avec les figures 2 et 3. L'homme de l'art saura réaliser les structures proposées par tous autres procédés adaptés.