Réalisation de jonctions pn dans le SiC-6H par implantation ionique d'aluminium

par Laurent Ottaviani

Thèse de doctorat en Microélectronique

Sous la direction de Marie-Laure Locatelli.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    L'implantation ionique est la seule technique de dopage local maîtrisable avec le carbure de silicium, la diffusion thermique nécessitant des températures trop élevées pour une industrialisation du procédé. Les principaux atomes dopants utilisés sont l'aluminium et le bore pour le type p, et l'azote pour le type n. Un problème important lié à cette technique réside dans l'activation électrique de l'espèce implantée. La création de l'émetteur de la diode bipolaire p+ nn+ étudiée exige cinq implantations successives d'aluminium, dont les énergies sont échelonnées entre 25 et 300 keV, afin d'obtenir un profil rectangulaire à concentration constante sur une distance précise ( 4. 1019 cm•3 sur 0,5 μn). Ce dopage volumique est un dopage visé, c'est-à-dire qu'il est donné dans le cas où l'ionisation est complète. Or, les doses et énergies d'implantation utilisées conduisent à l'endommagement du cristal, et même à son amorphisation sur une certaine profondeur. Il est donc nécessaire de pratiquer un recuit du matériau après l'implantation, d'une part pour recristalliser les zones endommagées, et d'autre part pour que les ions implantés diffusent localement sur des sites substitutionnels afin d'être électriquement actifs. Une étude complète visant à l'optimisation de la jonction électrique a été menée. Les paramètres spécifiquement liés à l'implantation ionique, tels que la valeur des angles d'implantations, la température et l'ordre énergétique, ont permis de contrôler la forme du profil de la jonction ainsi que l'endommagement du matériau. L'influence du recuit sur la stoechiométrie de surface, la cristallinité et l'activation électrique a également été dégagée, afin de choisir la meilleure configuration du four à induction, conduisant à un taux de mise en substitution des dopants proche de l'unité. Enfin, l'ensemble du procédé a été validé par la conception et la caractérisation de diodes bipolaires et Schottky.

  • Titre traduit

    = Pn junction creation in 6H-SiC by aluminium ion implantation


  • Résumé

    Ion implantation is the only viable technique to locally dope silicon carbide, since the too high temperatures needed for thermal diffusion prevent from a process industrialization. The most commonly used dopants are aluminum and boron for p-type, and nitrogen for n type. The electrical activation of the implanted species is a major problem related to this technique. The studied p+ nn+ diode emitter requires a fivefold aluminum implantation, performed with energies between 25 and 300 keV, in order to create a 0. 5 μm depth box profile p+-region at a concentration of 4. 1019 cm•3. This doping level is given for a complete ionization. But the doses and energies actually lead to the crystal disordering, and even to an amorphized zone. After the implantations, thermal annealing is then required to recrystallize the material and diffuse the incorporated atoms into substitutional sites for being electrically active. A complete study was driven in order to optimize the electrical junction. The implantation specific parameters, as the beam angles, the temperature and the energy order, were determined to control the junction profile and the material damaging. The influence of the annealing on the surface stoichiometry, the cristallinity and the electrical activation was also investigated, leading to an impurity substitution rate close to unity. The process was finally validated by the conception and characterization of bipolar and Schottky diodes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (237 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2268)
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