Optimisation du procédé de fabrication des diodes à superjonction et à tranchées profondes

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Composants silicium à grille isolée (MOS/IGBT)

Description

Les deux composants silicium prédominants dans l’électronique de puissance sont le transistor MOS et l’IGBT. La structure de ces composants est assez similaire. En effet, ils disposent tous les deux d’une jonction P +N- et d’une grille isolée. La différence se fait sur le + + substrat, dopé N pour le transistor MOS alors qu’il est dopé P pour l’IGBT (Figure I.5). Ce substrat P+ permet l’injection de porteurs minoritaires dans la zone N -, ce qui permet de diminuer la résistivité par rapport au transistor MOS.
Lorsque l’on applique une tension inférieure à la tension de seuil VTH entre la grille et le drain (ou anode pour l’IGBT), le composant est à l’état bloqué. Un dépeuplement des porteurs appelé « Zone de Charge d’Espace » (ZCE) apparaît dans la couche N- et empêche le passage du courant entre la source et le drain (cathode et anode pour l’IGBT). C’est également cette ZCE qui permet d’assurer la tenue en tension. Lorsque l’on applique une tension supérieure à VTH entre la grille et le drain/anode (et une tension VAK d’environ 0,7 V pour l’IGBT), le composant est alors passant. Les caractéristiques de sortie de ces deux composants sont représentées sur la Figure I.6.

Interrupteur à l’état OFF : tenue en tension

L’appellation « tenue en tension » est attribuée à la valeur de tension maximale que peut supporter le composant à l’état bloqué (OFF) avant le claquage. Il existe quatre zones dans le composant susceptibles de claquer (Figure I.7). La zone (1) est susceptible de claquer à cause des phénomènes de courbure qui induisent un resserrement des lignes de potentiel. Les zones (3) et (4) subissent des phénomènes de surface, induisant un claquage sous la grille ou dans l’oxyde même. Pour finir, la zone (2) peut claquer si la tension excède les capacités de la ZCE.
La tenue en tension dépend donc de la plus petite tenue en tension de ces quatre zones. C’est le cas de la zone (1). Afin de contrer ce phénomène en périphérie et d’améliorer la tenue en tension globale du composant, de nombreuses techniques de garde ont été proposées. Nous traiterons plus particulièrement ce sujet lors du paragraphe I.4. Une autre zone sensible est située en zone (2). La tension de claquage dans cette zone est liée à la profondeur WN de la – – comme le suggèrent ZCE dans la couche épitaxie N et à la valeur du dopage N D de la zone N de nombreux auteurs.
L’approche de Gharbi [4] se basant sur des coefficients d’ionisationn etp non égaux, apparaît comme étant la plus rigoureuse. Il établit les équations I.1 et I.2 en considérant le cas d’une jonction plane infinie.
WN (cm) 2,44.10 6 7 .BVDSS (I.1)
6 N D (cm 3 18  3 (I.2)
Il découle de ce couple d’équations que, pour augmenter la tenue en tension BVDSS, il faut soit augmenter la profondeur de la couche N-, soit diminuer son dopage ND. Cependant, la diminution du dopage de cette zone entraîne une augmentation de la résistance à l’état passant.

Interrupteur à l’état ON : résistance à l’état passant

La résistance à l’état passant RON est une des caractéristiques des interrupteurs de puissance les plus importantes et doit être la plus faible possible. Dans le cas d’un VDMOS, cette résistance est définie selon l’expression suivante : RON VDS I D VDS0 (I.3)
où la tension appliquée entre grille et source VDS est habituellement de 10 V. Cependant, dans un contexte de miniaturisation et d’intégration des composants, cette résistance n’a une réelle signification que si on prend en compte la taille du composant. En effet, il serait possible de diminuer RON vers des valeurs extrêmement faibles en mettant une “infinité” de cellules en parallèle mais cela ferait augmenter la surface du composant. C’est la raison pour laquelle le facteur de mérite « résistance passante spécifique » ONR.S est apparu [5] : c’est le produit de la résistance passante et de la surface active. Toujours dans le cas du VDMOS, cette résistance passante spécifique est la somme de quatre résistances (illustrées sur la Figure I.8) : la résistance Rch du canal d’inversion, la résistance d’accès au drain Ra correspondant à la région située sous la grille entre deux caissons P, la résistance de drift dR, qui représente la résistance du volume de la zone épitaxiée -N,et la résistance Rsub du substrat N+.
Afin d’améliorer la tenue en tension, il est nécessaire d’augmenter la profondeur de la région N. Cependant, ce faisant, on augmente Rd qui devient prépondérante à mesure que l’on augmente la tenue en tension (Figure I.9). En première approximation, cette résistance peut être considérée comme un barreau de silicium, déclinée par la formule suivante : où est la résistivité de la zone N, l est assimilable à (H-h) et S la surface de la zone active.
Sachant que la formule de la résistivité se décline sous la forme suivante : q.n .N D  1 (I.5) où ND est le dopage de la zone N-, µ n la mobilité des électrons et q la charge d’un électron, l’équation I.4 devient donc : Rd  H  h (I.6) q.n .N D .S
Il apparaît donc clairement que la résistance est proportionnelle à la profondeur de l’épitaxie et qu’elle est inversement proportionnelle au dopage de cette dernière. Afin de diminuer Rd, il est nécessaire de proposer une structure qui permettra soit d’avoir une profondeur d’épitaxie la plus faible possible, soit d’avoir un dopage le plus élevé possible.

Les techniques de garde

La première zone à atteindre le claquage est la périphérie. En effet, dans cette zone, apparaissent des géométries de jonction cylindriques et sphériques, dégradant les performances du composant. Le gradient de potentiel, donc le champ électrique, devient bidimensionnel (jonction cylindrique) et tridimensionnel (jonction sphérique). Son module est alors croissant pour une même polarisation appliquée, lorsque l’on passe d’une jonction plane à une jonction cylindrique ou sphérique. Il est donc nécessaire de mettre en place un dispositif de protection, couramment appelé « technique de garde », afin de repousser le claquage prématuré et permettre au composant d’avoir une tenue en tension proche de la tenue en tension des cellules centrales théoriques [24], [25]. Ce claquage prématuré est essentiellement dû à un champ électrique élevé provoqué par un resserrement des lignes de potentiel. Les techniques de garde ont pour but d’étaler les lignes de potentiel afin de diminuer le champ électrique en périphérie. Dans cette partie, les techniques de garde les plus utilisées seront présentées, à savoir la plaque de champ [26], les anneaux de garde [27], les JTE (Junction Termination Extension) [28] ainsi que la DT2 (Deep Trench Termination) [29].

La plaque de champ

La plaque de champ est un prolongement de la métallisation constituant le contact de source/cathode. Afin d’éviter de polariser la région en dessous de ce prolongement, un diélectrique est placé entre le silicium et la métallisation (Figure I.16). Lorsque le composant est sous polarisation inverse, la zone de charge d’espace se prolonge le long de la plaque de champ, éloignant la courbure des lignes de potentiel de la jonction PN et réduisant ainsi le champ électrique. Cependant, il subsiste un pic de champ électrique à la fin de la plaque de champ. Deux paramètres doivent être pris en compte pour l’optimisation de la terminaison : la longueur de la plaque de champ et l’épaisseur du diélectrique [30], [31]. En effet, en fonction de la tenue en tension souhaitée, il est nécessaire d’optimiser la longueur minimale de la plaque de champ et l’épaisseur du diélectrique en fonction de son champ électrique critique. Plus la tenue en tension souhaitée est importante, plus la plaque de champ doit être étendue. De même, le diélectrique doit être épais, surtout en bout de plaque de champ car c’est là que subsiste le pic de champ électrique.
Figure I.16 : Coupe schématique d’une jonction PN équipée d’une plaque de champ [3]
La plaque de champ permet d’obtenir jusqu’à 80% de la tenue en tension idéale d’une jonction plane infinie. Cependant, l’efficacité de cette technique de garde diminue lorsque l’on augmente la tenue en tension : elle est donc généralement utilisée pour des applications basses et moyennes tensions ou couplée à d’autres techniques.

Anneaux de garde

Il existe deux types d’anneaux de garde : l’anneau de garde diffusé et les anneaux diviseurs de  champ. Le premier est un anneau faiblement dopé dans la prolongation de la jonction à protéger, tandis que les anneaux diviseurs de champ sont plusieurs anneaux flottants disposés à distance de la jonction.

Anneau de garde diffusé

L’anneau de garde diffusé est un caisson faiblement dopé et plus profond que la jonction à protéger (Figure I.17). En effet, ce mécanisme consiste à mettre en place une jonction cylindrique ayant une tension de claquage supérieure à la jonction cylindrique à protéger. Pour cela, on utilise un caisson moins dopé en périphérie et plus profond que la jonction afin d’assurer la courbure des lignes de champ au bord du caisson. Cependant, pour des tenues en tension importantes, le caisson doit être très profond et très faiblement dopé, ce qui rend difficile la mise en place d’un tel dispositif. Cette technique de garde est donc plutôt utilisée pour des jonctions peu profondes ou des contacts Schottky. Un autre inconvénient est que cette terminaison entraîne un effet parasite sous polarisation directe ou lors de la commutation.

Anneaux de garde diviseurs de champ

La technique des anneaux diviseurs de champ utilise des caissons non polarisés, dopés autour de la jonction à protéger (Figure I.18). Contrairement à l’anneau de garde diffusé, les anneaux diviseurs de champ n’ont pas besoin d’être profonds ni d’être faiblement dopés. En effet, on peut réaliser les caissons dopés en même temps que l’implantation pour la jonction.
Cela ne rajoute donc aucune étape technologique.
Les anneaux de garde permettent d’étendre la zone de charge d’espace jusqu’au dernier anneau. En effet, sous polarisation inverse, la zone de charge d’espace s’étend, polarisant les anneaux en direct à un niveau de tension inférieur à la tension de perçage. La tenue en tension devient alors approximativement la somme de la tension de claquage des anneaux et de la tension de perçage entre les anneaux et la jonction principale. La distance entre les anneaux et la jonction à protéger est calculée pour que la zone de charge d’espace atteigne les anneaux avec un niveau de tension bien inférieur à la tension de claquage [4],
[32]. Il est donc nécessaire d’optimiser la distance entre les anneaux et la quantité d’anneaux nécessaire pour obtenir une tenue en tension proche de celle de la jonction plane infinie. Cependant, le nombre d’anneaux dépend de la tenue en tension souhaitée et cette technique devient rapidement encombrante à mesure que la tenue en tension souhaitée augmente. Elle sera donc utilisée pour des tenues en tension inférieures au millier de Volts environ.

L’extension de jonction

L’extension de jonction ou JTE (Junction Termination Extension) est une technique de garde qui, en apparence, se rapproche de l’anneau de garde diffusé mais qui utilise des mécanismes de protection qui diffèrent de ce dernier. En effet, l’extension de jonction se fait avec une implantation faiblement dopée plus ou moins profonde (Figure I.19). Le but de cette région est qu’elle se retrouve complètement dépeuplée lors de la polarisation inverse. Ainsi, cette région supporte une part de la tenue en tension et permet de repousser le niveau de tension de claquage proche de la tenue en tension idéale de la jonction à protéger puisque cette terminaison fait apparaître une zone dépeuplée de signe inverse par rapport à ce qui serait présent sans terminaison, forçant ainsi l’extension de la zone de charge d’espace. Cela permet d’améliorer la distribution des lignes de potentiel et donc d’améliorer la tenue en tension.
Cependant, cette terminaison nécessite un bon contrôle de la dose d’implantation, de la diffusion des impuretés et une optimisation de sa longueur [33]. En effet, dans le cas d’une dose trop faible ou d’une jonction trop longue, la zone ne se déplèterait que partiellement, rendant la terminaison complètement inefficace. A l’inverse, dans le cas d’une dose d’implantation trop importante ou d’une longueur trop faible, l’apport de la terminaison serait quasi inexistant puisque le claquage s’effectuerait alors en bordure de terminaison, mais pour une tension inverse légèrement supérieure à celle de la jonction principale sans terminaison. Ces deux cas sont reportés sur la Figure I.20.
Une autre difficulté rencontrée pour la réalisation de cette terminaison provient de sa sensibilité aux charges. En effet, lors de la fabrication, il est nécessaire d’être rigoureux afin d’éviter d’avoir beaucoup de charges piégées dans le réseau cristallin surfacique qui, combinées aux charges du matériau de passivation, entraînent le dysfonctionnement de la terminaison [33], [34]. Lorsque cette terminaison est bien réalisée, elle permet à la structure d’afficher une tenue en tension très proche de la tenue en tension idéale de la jonction plane.

Terminaison à tranchée profonde

La terminaison à tranchée profonde est une cuve large et profonde remplie de diélectrique, assistée par une plaque de champ en surface (Figure I.21). La plaque de champ permet de délocaliser la courbure des lignes de champ qui se situent normalement à l’extrémité de la jonction. Dans cette terminaison, cette courbure est délocalisée dans un diélectrique (ici du BenzoCycloButèbne) ayant un champ électrique critique beaucoup plus important que le silicium. Grâce à cela, il est possible d’obtenir une tenue en tension proche de la tenue en tension idéale, lorsque la terminaison est bien dimensionnée. Cependant, un resserrement des lignes de potentiel se produit au bout de la plaque de champ, créant ainsi un pic de champ électrique en surface. Il donc nécessaire d’utiliser également une passivation en surface afin d’éviter l’apparition d’un claquage en surface.
L’avantage de cette terminaison est qu’elle occupe moins de place en périphérie que les autres terminaisons précédemment citées et qu’elle est efficace pour des moyennes et fortes tenues en tension en fonction du diélectrique présent dans la cuve. L’inconvénient majeur de cette terminaison est qu’elle nécessite plusieurs étapes technologiques supplémentaires, rendant ainsi le procédé de fabrication plus compliqué.

Compromis tenue en tension / résistance à l’état passant

Améliorer le compromis « tenue en tension / résistance à l’état passant » est depuis longtemps un des moteurs de la recherche en électronique de puissance. En effet, une des limites des composants conventionnels est que ces deux caractéristiques sont liées au dopage de la zone de drift mais de manière opposée. L’augmentation de ce dopage permet la réduction de la résistance à l’état passant mais diminue également la capacité de la zone de drift à soutenir la tension en polarisation inverse. L’équation II.5 [38] traduit cette limite du silicium, notamment dans le cas de composants unipolaires verticaux : RON .S = 8,9 ×109 × BVDSS 2, 4 (II.5)
Le concept de superjonction permet de dépasser cette limite car la tenue en tension ne dépend plus du niveau de dopage de la zone de drift mais plutôt de l’équilibre des charges et de la profondeur de jonction. Ainsi, il est possible d’augmenter le dopage de la zone de drift pour réduire la résistance à l’état passant, tout en conservant une forte tenue en tension. RON dépend du niveau de dopage des bandes N (dans le cas d’un MOS à canal N) mais également du ratio de conduction. En effet, contrairement à un composant conventionnel, toute la surface active n’est pas utilisée pour la conduction du fait de la présence des bandes P. Le ratio de surface active sur la surface totale d’un composant à superjonction est donc largement inférieur à celui d’un composant conventionnel. Néanmoins, cet inconvénient est largement compensé par les forts dopages utilisés dans la superjonction, à tel point que la résistance à l’état passant est très inférieure à celle d’un composant classique. Il existe tout de même une limite, que Fujihira [7] a déterminée, traduite par l’équation II.6 : R ON .S = 1,98 ×10-1 × W × BVdss 4 (II.6)
où W est la largeur des bandes N.
La Figure II.2 présente une comparaison de la limite silicium entre un MOS conventionnel et un MOS à superjonction. En dessous de 100 V, la superjonction n’est pas avantageuse face au MOS conventionnel. A partir de 100 V, la superjonction gagne en intérêt à mesure que l’on augmente la tenue en tension, la résistance à l’état passant diminuant nettement, comparée à celle d’un MOS classique.

Véhicule test

Afin d’éviter les étapes d’épitaxies multiples , nous proposons une solution alternative à une seule épitaxie, basée sur des tranchées profondes, inspirée par plusieurs publications [39]–[42]. La principale condition pour le bon fonctionnement de la superjonction est l’équilibre des charges. Cependant, il n’est pas nécessaire d’avoir WN = WP et NA = ND. Il est possible d’obtenir cette balance avec une largeur de bande P inférieure à celle de la bande N si le dopage ND est proportionnellement supérieur au dopage NA (Figure II.3). L’objectif est de réaliser les régions P grâce à une implantation au travers des tranchées. Après l’étape d’implantation, les tranchées seront remplies avec un diélectrique.
Avant de réaliser un MOSFET à superjonction, nous avons choisi de concevoir au préalable un véhicule test de type diode à superjonction à tranchées profondes (DT-SJDiode) pour des applications 600 V et 1200V. La diode étudiée est présentée Figure II.4.
Pour notre étude, nous avons fixé plusieurs paramètres :
– Afin d’obtenir une résistance à l’état passant la plus faible possible, il est nécessaire de minimiser la largeur des tranchées. En effet, cela a pour effet d’augmenter le ratio de bandes N et donc de surface de conduction. Cependant, nous sommes limités technologiquement par la largeur des tranchées, comme le montrent les travaux précédemment effectués par H. Mahfoz-Kotb [43]. Lors de l’étape de gravure, afin d’assurer des tranchées profondes et verticales, la taille d’ouverture minimale du masque est de 6 µm. Nous avons donc fixé, pour notre étude théorique, la largeur WT à 6 µm.
– La tenue en tension ne dépendant plus entièrement du dopage, il est possible d’augmenter le dopage de la zone intrinsèque afin de diminuer la résistance à l’état passant. Néanmoins, pour conserver l’équilibre des charges, il faut augmenter soit la dose d’implantation de la zone P soit sa largeur. Lors de sa thèse, L. Théolier a montré que l’étape d’implantation autour des tranchées était d’autant plus critique à mesure que le dopage de la zone intrinsèque était important [1]. Nous avons donc choisi de fixer le dopage de l’épitaxie à 3.1015 cm-3.

Etude de la DT-SJDiode

Avant de réaliser le véhicule test, il est nécessaire d’optimiser sa structure afin d’obtenir le meilleur compromis « tenue en tension / résistance à l’état passant ». Pour cela, nous allons étudier l’influence des différents paramètres géométriques agissant sur la tenue en tension et sur la résistance à l’état passant : DT, la profondeur des tranchées, WN, la largeur des bandes N et dB, la dose de bore implantée.
Comme le montre l’Équation II.1, la tenue en tension est théoriquement proportionnelle à la longueur H. Cette longueur correspond, dans le composant de la Figure II.4, à la profondeur D T des tranchées. En effet, la diffusion des bandes P se faisant au travers des tranchées, DT détermine la longueur des bandes P et donc la longueur H. Cependant, l’équation I.6 montre également que H a une influence sur la résistance à l’état passant. Il est donc nécessaire de trouver la valeur de DT qui permettra d’obtenir une structure optimisée. La résistance à l’état passant, quant à elle, dépend de la largeur et du dopage des bandes N (cf Équation I.6). L’augmentation de W N accroît la surface de conduction et le rapport entre la zone de conduction et la surface active de la puce, réduisant ainsi la résistance à l’état passant. Concernant dB, dose de bore implantée autour des tranchées qui forme les bandes P, elle a un impact direct sur l’équilibre des charges (Équation II.4) et donc sur la tenue en tension.
Afin d’étudier l’influence de chacun de ces paramètres, nous avons, à l’aide du logiciel Sentaurus TCAD, simulé le comportement électrique d’une la cellule élémentaire représentée schématiquement sur la Figure II.4. Pour cela, nous avons fixé la valeur des paramètres géométriques et fait varier uniquement le paramètre dont on souhaitait étudier l’influence. Le Tableau II.1 recense les valeurs que nous avons fixées pour les différents paramètres qui caractérisent la cellule élémentaire de la diode à superjonction.

Influence de la profondeur des tranchées

Dans le but d’observer l’influence de D T et de trouver sa valeur minimale permettant d’obtenir les tenues en tension souhaitées (600 V et 1200 V), nous avons fait varier la profondeur DT tout en conservant un écart de 3 µm avec la profondeur d’épitaxie. On peut voir sur la Figure II.5 qu’à partir des valeurs de D T de 30 µm et 70 µm, on obtient une tenue en tension supérieure à 600 V et 1200 V respectivement. L’accroissement linéaire de la tenue en tension en fonction de la profondeur des tranchées est conforme à l’Équation II.1.
Il était nécessaire d’accroître la profondeur d’épitaxie en même temps que celle des tranchées afin d’augmenter la tenue en tension. En effet, comme on peut le voir sur la Figure II.6, si l’on fixe la profondeur d’épitaxie DEPI à 43 µm et qu’on augmente D T au point qu’elle pénètre dans la zone N, la tenue en tension n’augmentera que jusqu’à 750 V puis restera constante. Cela était également prévisible car c’est bien la profondeur de jonction et non la profondeur des tranchées qui détermine la tenue en tension.

Influence de la Dose de bore diffusée dB

La dose de Bore implanté autour des tranchées est également un paramètre clé pour l’équilibre des charges de la superjonction (Equation II.4). Diminuer la résistance nécessite d’augmenter W N ; dans ce cas, il faut également augmenter la dose d’implantation de Bore autour des tranchées afin de rétablir la balance des charges. Nous avons donc décidé d’étudier l’effet d’un déséquilibre des charges pour plusieurs valeurs de WN. Des études ont déjà été réalisées sur le déséquilibre des charges [44] mais il nous semblait intéressant d’étudier cet aspect afin d’optimiser la structure en vue d’une réalisation technologique.
La Figure II.10 présente les variations de la tenue en tension en fonction de l’écart de dose (en pourcentage) par rapport à la dose optimale. Afin d’estimer la réelle influence de ces variations, nous avons ajusté la profondeur de jonction afin que la structure ait une tenue en tension proche de 600 V lorsque la dose est optimale.
Figure II.10 : Variations de la tenue en tension en fonction de l’écart de dose par rapport à la dose optimale pour différentes valeurs de WN pour une structure 600 V
Nous constatons que la sensibilité est dépendante de la dose d’implantation de bore. En effet, lorsque dB augmente, un écart, même petit par rapport à la dose optimale, entraîne une baisse non négligeable de la tenue en tension. Si l’écart devient important, la tenue en tension chute fortement. Par exemple, un écart de 5% lorsque WN = 7,5 µm entraine une chute de 30 V alors que, lorsque WN = 11,5 µm, cela entraîne une baisse de 100 V. Lors de la réalisation de l’implantation autour des tranchées, le contrôle de la dose est difficile à ce degré de précision. Il faudra donc prendre en compte ce facteur lors de la conception du composant afin de faciliter cette étape critique de la réalisation.

Optimisation de la DT-SJDiode

Dans le but d’obtenir le meilleur compromis « tenue en tension / résistance à l’état passant », il est donc nécessaire d’optimiser le couple DT/WN tout en prenant en considération l’influence de la dose d B. L’augmentation de D T permet l’augmentation de la tenue en tension au détriment de la résistance à l’état passant tandis que WN conduit à l’effet inverse. En corrélant les figures II.8 et II.9, on obtient la Figure II.11 qui représente les variations de la résistance à l’état passant en fonction de WN pour différentes tenues en tension souhaitées.
Cette figure montre qu’un optimum existe pour une largeur de bande N égale à 8,5 µm dans le cas d’une tenue en tension souhaitée de 600 V ou de 1200 V. En se référant à la Figure II.10, on peut observer que pour WN = 8,5 µm, un écart de 5% par rapport à la dose optimale entraîne une baisse de tenue en tension inférieure à 50 V. Afin de pallier cette contrainte, lors de la réalisation, le composant sera sur-dimensionné afin de compenser une éventuelle baisse de la tenue en tension liée à la réalisation des composants. En nous reportant
à la Figure II.9, on peut y voir que, pour W N = 8,5 µm, on obtient une tenue en tension de 610 V lorsque DT = 32 µm et 1215 V lorsque D T = 71 µm. Les valeurs des paramètres de la structure optimisée sont reportées dans le Tableau II.3.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I . Etat de l’art des interrupteurs de puissance
I.1 Introduction
I.2 La fonction « interrupteur »
I.3 Les interrupteurs de puissance
I.3.1 Composants silicium à grille isolée (MOS/IGBT)
I.3.1.1 Description
I.3.1.2 Interrupteur à l’état OFF : tenue en tension
I.3.1.3 Interrupteur à l’état ON : résistance à l’état passant
I.3.1.4 Le fonctionnement dynamique
I.3.1.5 Nouvelles structures
I.3.2 Composants à large bande interdite
I.3.2.1 Composants SiC
I.3.2.2 Composants GaN
I.3.3 Choix du composant
I.4 Les techniques de garde
I.4.1 La plaque de champ
I.4.2 Anneaux de garde
I.4.2.1 Anneau de garde diffusé
I.4.2.2 Anneaux de garde diviseurs de champ
I.4.3 L’extension de jonction
I.4.4 Terminaison à tranchée profonde
I.5 Conclusion
Chapitre II . Conception de composants à superjonction et à tranchées profondes
II.1 Introduction
II.2 Théorie de la superjonction
II.2.1 Principe physique
II.2.2 Compromis tenue en tension / résistance à l’état passant
II.2.3 Véhicule test
II.3 Etude de la DT-SJDiode
II.3.1 Influence de la profondeur des tranchées
II.3.2 Influence de la largeur des bandes N
II.3.3 Influence de la Dose de bore diffusée dB
II.3.4 Optimisation de la DT-SJDiode
II.4 Etude de la terminaison
II.4.2 Influence de la profondeur de la terminaison
II.4.3 Influence de la largeur de la terminaison
II.4.4 Influence de la longueur de la plaque de champ
II.4.5 Optimisation de la terminaison DT²
II.4.5.1 Optimisation pour des composants 600 V
II.4.5.2 Optimisation pour des composants 1200 V
II.4.6 Amélioration de la terminaison
II.5 Conclusion
Chapitre III . Optimisation du procédé de fabrication des diodes à superjonction et à tranchées profondes
III.1 Introduction
III.2 Description des structures de test
III.3 Développement des briques technologiques de fabrication d’une diode à superjonction et à tranchées profondes
III.3.1 Gravure des tranchées
III.3.1.1 Choix de la résine photosensible
III.3.1.2 Verticalité des tranchées
III.3.1.3 Elimination du « scalloping »
III.3.1.4 Réduction de l’effet ARDE
III.3.2 Implantation P+ autour des tranchées
III.3.3 Remplissage des tranchées par un diélectrique
III.3.3.1 Dépôt du BCB par « spin-coating »
III.3.3.2 Dépôt du BCB par sérigraphie
III.3.3.3 Planarisation du BCB par nano-impression
III.3.4 Retrait du surplus de BCB
III.3.4.1 Amincissement par polissage mécano-chimique
III.3.4.2 Amincissement par gravure plasma
III.4 Conclusion
Chapitre IV . Réalisation et caractérisation électrique des DT-SJDiodes
IV.1 Introduction
IV.2 Description du procédé technologique complet
IV.2.2 Mires d’alignement
IV.2.3 Oxyde de masquage pour la gravure profonde
IV.2.4 Implantation du caisson P+
IV.2.5 Gravure des tranchées
IV.2.6 Implantation par immersion plasma
IV.2.7 Remplissage des tranchées avec du BCB et planarisation
IV.2.8 Gravure du BCB
IV.2.9 Métallisation des contacts électriques
IV.3 Réalisation des DT-SJDiodes
IV.4 Caractérisations électriques des DT-SJDiodes
IV.5 Optimisation des diodes à superjonction
IV.5.1 Optimisation des étapes technologiques
IV.5.2 Optimisation du design
IV.6 Conclusion
Conclusion générale
Annexe 1 : Description du procédé technologique des résines
Annexe 2 : Description du jeu de masques des diodes réalisées
Bibliographie

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