Etude du dopage par implantation ionique d'aluminium dans le carbure de silicium pour la réalisation

Lazar, Mihai Bogdan

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• Langue: Slovak

Extrait

6RPPDLUH
SOMMAIRE
SOMMAIRE................................................................................................................................ 1
INTRODUCTION ....................................................................................................................... 4
CHAPITRE 1 IMPLANTATION IONIQUE DANS LE CARBURE DE SILICIUM ................... 8
1C ARBURE DE SILICIUM , SEMICONDUCTEUR POUR LES COMPOSANTS DE PUISSANCE ET HAUTE
TEMPÉRATURE........................................................................................................................... 9
1.1 Structure cristalline...................................................................................................... 9
1.2 Propriétés physiques .................................................................................................. 12
2D OPAGE DES SEMICONDUCTEURS PAR IMPLANTATION IONIQUE........................................... 16
2.1 Introduction............................................................................................................... 16
2.2 Principe de l’interaction ion matière........................................................................... 18
2.2.1 Collision ....................................................................................................................... 18
2.2.1.1 Définition 18
2.2.1.2 Bilan énergétique d’une collision élastique................................................................. 18
2.2.1.3 Angles de déflexion d’une collision élastique ............................................................. 20
2.2.2 Perte d’énergie .............................................................................................................. 28
2.2.2.1 Pouvoir d’arrêt nucléaire ........................................................................................... 31
2.2.2.2 Pouvoir d’arrêt électronique....................................................................................... 38
2.2.2.3 Pouvoir d’arrêt global................................................................................................ 43
2.2.2.4 Matériaux composés.................................................................................................. 45
2.2.3 Distribution des ions implantés dans la matière cible ....................................................... 46
2.2.4 Canalisation .................................................................................................................. 52
2.3 Défauts – la nécessité du recuit post – implantation..................................................... 57
2.3.1 La génération de défauts 57
2.3.2 Recuit post-implantation 64
2.3.2.1 Le rôle joué par le recuit............................................................................................ 64
2.3.2.2 Les différentes techniques ......................................................................................... 65
2.3.2.3 La guérison des défauts ............................................................................................. 68
2.3.2.4 Activation des dopants implantés ............................................................................... 73
0LKDL %RJGDQ /$=$5
(WXGH GX 'RSDJH SDU ,PSODQWDWLRQ ,RQLTXH G¶$OXPLQLXP GDQV OH
&DUEXUH GH 6LOLFLXP SRXU OD 5pDOLVDWLRQ GH &RPSRVDQWV GH 3XLVVDQFH
7KqVH ,QVD GH /\RQ &(*(/<6RPPDLUH
3L’IMPLANTATION IONIQUE, L’UNIQUE MÉTHODE POUR DOPER LOCALEMENT LSE IC ............. 75
3.1 Etat de l’art ............................................................................................................... 76
3.1.1 Le dopage de type n....................................................................................................... 76
3.1.1.1 Azote ....................................................................................................................... 76
3.1.1.2 Phosphore................................................................................................................. 77
3.1.1.3 Autres ...................................................................................................................... 78
3.1.2 Le dopage de type p 78
3.1.2.1 Aluminium 79
3.1.2.2 Bore ......................................................................................................................... 87
3.1.2.3 Gallium .................................................................................................................... 89
3.1.2.4 Autres.... 89
CHAPITRE 2 ANALYSE DES COUCHES SIC DE TYPE P RÉALISÉES PAR IMPLANTATION
IONIQUE D’ALUMINIUM....................................................................................................... 91
1P RÉCISIONS PRÉLIMINAIRES............................................................................................. 92
1.1 Recuit post implantation 93
1.1.1 Présentation du four à induction JIPELEC du CEGELY ................................................... 93
1.1.2 Configurations de recuit post-implantation...................................................................... 94
2I MPLANTATION SUR TOUTE LA SURFACE DES ÉCHANTILLONS .............................................. 97
2.1 Analyses physico-chimiques........................................................................................ 97
2.1.1 Recristallisation du SiC par recuit post implantation – Mesures RBS/C ............................ 97
2.1.1.1 Introduction.............................................................................................................. 97
2.1.1.2 Description de la méthode ......................................................................................... 97
2.1.1.3 Mesures réalisées sur les échantillons de carbure de silicium......................................105
2.1.2 Evolution des profils des dopants – Mesures SIMS .........................................................115
2.1.2.1 Introduction.115
2.1.2.2 Description de la méthode115
2.1.2.3 Mesures SIMS réalisées sur les échantillons de carbure de siliciu.............................m 119
2.1.3 Etat de la surface des couches implantées avant et après recuit post-implantion................129
2.1.3.1 Stœchiométrie de la surface – Mesures XPS ..............................................................129
2.1.3.2 Rugosité de la surface – Mesures AFM et profilomètre...............................................133
2.2 Analyses électriques ..................................................................................................139
2.2.1 Mesures de résistance carrée par la méthode 4 pointes ....................................................139
2.2.1.1 Description de la méthode ........................................................................................139
2.2.1.2 Mesures réalisées sur échantillons SiC implantés Al et recuits ....................................142
2.2.1.3 Analyse des résultats ................................................................................................147
3M ESURES SUR MOTIFS TEST : S VDP ET TLM, ...................................................................154
3.1 Précisions expérimentales .........................................................................................154
3.1.1 Mesures de résistance carrée et d'effet Hall en géométrie VdP.........................................154
3.1.2 Mesure de résistance carrée en géométrie TLM ..............................................................157
0LKDL %RJGDQ /$=$5
(WXGH GX 'RSDJH SDU ,PSODQWDWLRQ ,RQLTXH G¶$OXPLQLXP GDQV OH
&DUEXUH GH 6LOLFLXP SRXU OD 5pDOLVDWLRQ GH &RPSRVDQWV GH 3XLVVDQFH
7KqVH ,QVD GH /\RQ &(*(/<6RPPDLUH
3.1.3 Echantillons .................................................................................................................159
3.2 Mesures de résistance carrée.....................................................................................160
3.3 Mesures d’effet Hall..................................................................................................164
4C ONCLUSION - RÉSUMÉ166
CHAPITRE 3 RÉALISATION DES DISPOSITIFS DE PUISSANCE .....................................168
1D IODES BIPOLAIRES JTE.................................................................................................169
1.1 Conception................................................................................................................169
1.2 Réalisation................................................................................................................172
1.2.1 Les différents lots réalisés – paramètres d’étude .............................................................172
1.2.2 Processus technologique................................................................................................173
1.3 Caractérisations électriques. Mesures I-V et tenue en tension .....................................177
1.3.1 W0012-12 (SiC-6H TI:300°C) et U0400 06 (SiC 4H TI:RT)...........177
1.3.2 R0321 15 (SiC-6H TI:300°C) et R0321 05 (SiC 6H TI:RT) ...........................