Développement de contacts ohmiques par recuit laser pour les composants de puissance en carbure de silicium

Development of ohmic contacts by laser annealing for silicon carbide power components

• Auteur / Autrice : Clément Berger
• Direction : Daniel Alquier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 15/12/2022
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en Matériaux, Microélectronique, Acoustique et Nanotechnologies
• Jury : Président / Présidente : Edwige Bano
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Alquier, Philippe Godignon, Jean-François Michaud, Dominique Planson, Sandrine Juillaguet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Godignon, Sandrine Juillaguet

Mots clés

Mots clés libres

Carbure de silicium

4H-SiC

Contact ohmique

Recuit laser

Tlm

Activation

Silicon carbide

4H-SiC

Ohmic contact

Laser annealing

Tlm

Ionisation

Résumé

Les recherches intensives menées sur le carbure de silicium ont permis d'aboutir à la commercialisation de la première diode Schottky en 4H-SiC en 2001. Depuis, ce matériau n'a cessé de gagner en qualité, rendant ses composants plus compétitifs. Cela lui a permis de conquérir des parts de marché, essentiellement dans le domaine des hautes puissances. Aujourd'hui, des sociétés telles que Tesla ou Renault se tournent vers des composants en SiC pour leurs chargeurs embarqués de véhicules électriques démontrant le succès de la technologie en SiC. Afin de pleinement bénéficier de ses propriétés, une possibilité d'amélioration des composants en SiC à architecture verticale consiste à amincir ces substrats pour réduire leur résistance à l'état passant. Cependant, l'intégration d'une étape d'amincissement dans les procédés actuels de fabrication est très complexe. Du fait du contact ohmique se trouvant sur la face arrière des plaquettes, l'amincissement ne peut intervenir qu'en début de production ce qui rend les manipulations des substrats amincis extrêmement délicates. Il devient alors primordial d'amincir les substrats en fin de production ce qui n'est pas compatible avec la réalisation des contacts ohmiques actuels. Dans ce travail, nous nous proposons d'étudier une méthode de recuit locale, via un laser, compatible avec une étape d'amincissement en fin de procédé et permettant la transition vers l'ohmicité. Nous avons pour cela étudié des contacts à base de métaux couramment utilisés en microélectronique qui ont été caractérisés électriquement via la détermination de la résistance spécifique de contact, ainsi que morphologiquement et structurellement. Nous avons ainsi pu proposer un contact ohmique de qualité. enfin, une étude portant sur l'activation d'aluminium implanté dans le SiC a également été menée pour tirer pleinement profit du caractère local de l'implantation ionique et ainsi réduire la durée du procédé d'activation des dopants.

Intensive research on silicon carbide led to the commercialization of the first 4H-SiC Schottky diode in 2001. Since then, the quality of this material has continued to improve, making its components more competitive. It enabled SiC to conquer market shares, mainly in the field of high powers. Today, companies such as Tesla or Renault are turning to SiC components for their on-board chargers in electric vehicles demonstrating the success of the SiC technology. In order to fully benefit from its properties, one possibility for improving SiC components with vertical architecture consists in thinning the thickness of the substrates to reduce their on-state resistance. However, integrating a grinding step into current manufacturing processes is very complex. Due to the ohmic contact on the wafer backside, thinning can only be done at the beginning of the production process, which makes the handling of thinned substrates extremely delicate. Then, it becomes essential to grind the substrates at the end of fabrication, which is not currently compatible with the realisation of ohmic contacts. In this work, we propose to study a local annealing method, via a laser, compatible with a thinning step at the end of the process and allowing the transition to ohmicity. To do so, we have studied contacts based on metals commonly used in microelectronics which have been characterised electrically through the determination of their specific contact resistance, as well as morphologically and structurally. We were thus able to propose a quality ohmic contact. Finally, a study on the activation of aluminium implanted in SiC was also carried out to take full advantage of the local character of the ion implantation and thus reduce the duration of the dopant activation process.