Optimisation des étapes technologiques pour la fabrication de composants de puissance en carbure de silicium

• Auteur / Autrice : Heu Vang
• Direction : Dominique Planson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon (Rhône ; 1992-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diodes

Électronique de puissance

Composants électroniques

Carbure de silicium

Résumé

L’électricité est aujourd’hui l’énergie la plus utilisée de part le monde. L’électronique de puissance est au coeur de la gestion de l’électricité. La majorité des systèmes de puissance utilise de nos jours des composants actifs en silicium. Avec les nouvelles contraintes, des tensions plus élevées, des faibles pertes, l’encombrement, les hautes températures, le silicium a atteint ses limites. Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur à large bande interdite qui présente des propriétés physiques et électriques à celles du silicium pour les composants de puissance. Les différents travaux à travers le monde démontrent un avenir prometteur pour le SiC dans la prochaine génération des composants de puissance. Ainsi les premiers composants SiC sont disponibles sur le marché depuis 2002 et les premiers systèmes hybrides Si/SiC permettent de mettre en évidence les avantages de cette nouvelle technologie. Le travail réalisé au cours de cette thèse a permis de mettre en place une base pour la technologie de fabrication de composants de puissance en SiC. Plusieurs étapes technologiques nécessaires à la fabrication de dispositifs SiC ont été optimisées. La gravure plasma du SiC avec un réacteur RIE et la formation du contact ohmique le SiC de type P ont été étudiées plus amplement. Ainsi, le procédé de gravure optimisé permet une vitesse de gravure de 0,35 µm/min avec un plasma SF6/O2, il est alors possible avec un masque de nickel de réaliser des structures mesas avec des profondeurs supérieures à 10 µm. Ensuite, une métallisation Ni/Al sur le SiC-4H de type P a été réalisé avec une résistance spécifique reproductible de 3×10-5 Ωcm2. Les optimisations des différentes étapes technologiques ont été implémentées dans la fabrication de diodes SiC avec deux types de protections périphériques : JTE et mesa. Des diodes de 1,2 kV et 5 kV ont été réalisées et caractérisées. Ces dispositifs ont permis de valider les optimisations apportées par le travail réalisé dans cette thèse. Cependant, il reste encore à améliorer les techniques de croissance du SiC pour permettre la fabrication de composants bipolaires de puissance en SiC fiables et robustes

In power electronics, most of the devices are based on silicon. Nowadays, with the new challenges in high voltage and high temperature, silicon achieves its limits. Silicon carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor. Its physical properties are greater than those of the silicon for power applications. However, the SiC power devices fabrication technology is not yet mature. This thesis treats the optimization of the technological steps for SiC power devices fabrication. And the work is especially focused on dry etching and ohmic contact to p-type SiC. The improvements were implemented in several SiC diodes fabrication process and some components with a breakdown voltage in the range 1. 2 – 6 kV were obtained.