Evaluation technologique de structures 3D dans le silicium pour la réalisation de composants de puissance

Abstract

La verticalisation des composants de puissance, nécessaire pour acheminer des fortes densités de courant, est bien connue. Il n empêche que la circulation des courants perpendiculairement à la surface dans les composants de puissance limite aujourd hui leur intégration. Dans cette problématique, une rupture technologique, associée à un concept nouveau de l électronique, les structures 3D, voit le jour avec ce travail de thèse. Il s agit de concevoir, dans un premier temps, des structures électroniques connues, dans lesquelles la circulation du courant est parallèle à la surface de la plaquette en utilisant toute l épaisseur de celle-ci. L intérêt de ce travail tient en premier lieu dans le gain important en densité d intégration des composants de puissance qu autorise l approche 3D. De plus, ce concept s inscrit en rupture au niveau des technologies du silicium, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux développements dépassant largement le cadre de l électronique de puissance. La première partie de ce document introduit et formalise le concept 3D. Elle propose de plus une analyse de la faisabilité technologique des éléments de base de l intégration 3D. Le développement des étapes technologiques de base (gravure, photolithographie, dépôt et dopage) adaptées à des structures 3D y est donc décrit. La seconde partie de ce travail présente la conception et la fabrication d'un prototype de composant de puissance 3D, un transistor MOSFET, permettant d'évaluer l'application de l'ensemble des technologies 3D développées. Finalement, cette étude permet de statuer sur la maturité technologique requise pour que le concept 3D offre les gains théoriques espérés.Vertical through-wafer current conduction is a well know configuration used to conduct high current in power devices. However, the perpendicular current conduction to the power devices surface limits its integration factor. In this context, a technological breakthrough associated with a new electronic concept, the 3D structures, appear in this thesis work. Firstly, it consists in conceiving standard electronics structures, in which the current flow is parallel to the wafer surface, in the whole wafer thickness. This work was conducted to show the potential high integration capability of power devices with this 3D approach. Moreover, this concept dealing with a tremendous modification in silicon technologies, paves the way to new developments going beyond the power electronics domain. The first part of this document introduces and formalizes the 3D concept. It proposes a capability analysis of basic technological steps of 3D integration. The main technological developments (etching, photolithography, deposition and doping) adapted to 3D structures are described. The second part of this work presents the design and fabrication of a 3D power device prototype, a 3D MOSFET, which allows an evaluation of the technology developments implementation. Finally, this study defines the technological maturity required to observe someday the level of integration expected from this 3D concept.TOURS-BU Sciences Pharmacie (372612104) / SudocSudocFranceF