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The development of renewable energy away from urban areas requires the transmission of a large amount of energy over long distances. High Voltage Direct Current (HVDC) power transmission has many advantages over AC power transmission. In this context, it is necessary to develop power converters based on high voltage power electronic components, 10 to 30 kV. If silicon components cannot achieve these objectives, silicon carbide (SiC) is positioned as a promising alternative semiconductor material. To support high voltages, a drift region, relatively wide and lightly doped is the heart of the power component. In practice obtaining an effective blocking voltage depends on several factors and especially the design of a suitable junction termination. This thesis presents a method to improve the voltage withstand of SiC components based on the use of junction terminations: Deep Trench Termination. This method uses a trench deep etching around the periphery of the component, filled with a dielectric material to support the spreading of the equipotential lines. The design of the diode with this termination was done by TCAD simulation, with two voltage levels 3 and 20 kV. The work took into account the characteristics of the material, the interface charge of the trench and the technological limits for the fabrication. This work resulted in the fabrication of demonstrators and their characterization to validate the design. During the production of these structures, plasma etching of SiC has been optimized in an ICP reactor so as to obtain a high etching rate and maintaining an electronic quality of the state of etched surfaces. This quality is confirmed by the results of characterization obtained with blocking voltage close to the ideal one.; Le développement de l’énergie renouvelable loin des zones urbaines demande le transport d'une grande quantité d’énergie sur de longues distances. Le transport d’électricité en courant continu haute tension (HVDC) présente beaucoup d’avantages par rapport à celui en courant alternatif. Dans ce contexte il est nécessaire de développer des convertisseurs de puissance constitués par des composants électroniques très haute tension, 10 à 30 kV. Si les composants en silicium ne peuvent pas atteindre ces objectifs, le carbure de silicium (SiC) se positionne comme un matériau semiconducteur alternatif prometteur. Pour supporter des tensions élevées, une région de "drift", relativement large et peu dopée constitue le cœur du composant de puissance. En pratique l’obtention d’une tension de blocage effective dépend de plusieurs facteurs et surtout de la conception d'une terminaison de jonction adaptée. Cette thèse présente une méthode pour améliorer la tenue en tension des composants en SiC basée sur l’utilisation des terminaisons de jonctions : Deep Trench Termination. Cette méthode utilise une tranchée gravée profonde en périphérie du composant, remplie avec un matériau diélectrique pour supporter l'étalement des lignes équipotentielles. La conception de la diode avec cette terminaison a été faite par simulation TCAD, avec deux niveaux de tension 3 et 20 kV. Les travaux ont pris en compte les caractéristiques du matériau, les charges à l’interface de la tranchée et les limites technologiques pour la fabrication. Ce travail a abouti sur la fabrication de démonstrateurs et leur caractérisation pour valider notre conception. Lors de la réalisation de ces structures, la gravure plasma du SiC a été optimisée dans un bâti ICP de manière à obtenir une vitesse de gravure élevée et en conservant une qualité électronique de l'état des surfaces gravées. Cette qualité est confirmée par les résultats de caractérisation obtenus avec des tenues en tension proches de celle idéale.

The development of renewable energy away from urban areas requires the transmission of a large amount of energy over long distances. High Voltage Direct Current (HVDC) power transmission has many advantages over AC power transmission. In this context, it is necessary to develop power converters based on high voltage power electronic components, 10 to 30 kV. If silicon components cannot achieve these objectives, silicon carbide (SiC) is positioned as a promising alternative semiconductor material. To support high voltages, a drift region, relatively wide and lightly doped is the heart of the power component. In practice obtaining an effective blocking voltage depends on several factors and especially the design of a suitable junction termination. This thesis presents a method to improve the voltage withstand of SiC components based on the use of junction terminations: Deep Trench Termination. This method uses a trench deep etching around the periphery of the component, filled with a dielectric material to support the spreading of the equipotential lines. The design of the diode with this termination was done by TCAD simulation, with two voltage levels 3 and 20 kV. The work took into account the characteristics of the material, the interface charge of the trench and the technological limits for the fabrication. This work resulted in the fabrication of demonstrators and their characterization to validate the design. During the production of these structures, plasma etching of SiC has been optimized in an ICP reactor so as to obtain a high etching rate and maintaining an electronic quality of the state of etched surfaces. This quality is confirmed by the results of characterization obtained with blocking voltage close to the ideal one., Le développement de l’énergie renouvelable loin des zones urbaines demande le transport d'une grande quantité d’énergie sur de longues distances. Le transport d’électricité en courant continu haute tension (HVDC) présente beaucoup d’avantages par rapport à celui en courant alternatif. Dans ce contexte il est nécessaire de développer des convertisseurs de puissance constitués par des composants électroniques très haute tension, 10 à 30 kV. Si les composants en silicium ne peuvent pas atteindre ces objectifs, le carbure de silicium (SiC) se positionne comme un matériau semiconducteur alternatif prometteur. Pour supporter des tensions élevées, une région de "drift", relativement large et peu dopée constitue le cœur du composant de puissance. En pratique l’obtention d’une tension de blocage effective dépend de plusieurs facteurs et surtout de la conception d'une terminaison de jonction adaptée. Cette thèse présente une méthode pour améliorer la tenue en tension des composants en SiC basée sur l’utilisation des terminaisons de jonctions : Deep Trench Termination. Cette méthode utilise une tranchée gravée profonde en périphérie du composant, remplie avec un matériau diélectrique pour supporter l'étalement des lignes équipotentielles. La conception de la diode avec cette terminaison a été faite par simulation TCAD, avec deux niveaux de tension 3 et 20 kV. Les travaux ont pris en compte les caractéristiques du matériau, les charges à l’interface de la tranchée et les limites technologiques pour la fabrication. Ce travail a abouti sur la fabrication de démonstrateurs et leur caractérisation pour valider notre conception. Lors de la réalisation de ces structures, la gravure plasma du SiC a été optimisée dans un bâti ICP de manière à obtenir une vitesse de gravure élevée et en conservant une qualité électronique de l'état des surfaces gravées. Cette qualité est confirmée par les résultats de caractérisation obtenus avec des tenues en tension proches de celle idéale.

International audience; Among the numerous solutions developed to improve the handling capability of superjunction power devices, the Deep Trench Termination (DT 2) is the most adapted thanks to its lower cost and size compared to other technologies using the multiple epitaxy technique, and an easier implementation in the fabrication process. This paper presents the optimization of the Deep Trench Termination by means of TCAD 2D and 3D-simulations allowing the realization of deep trench superjunction devices (diodes and MOS transistors) for 1200 V applications. The work is focused on the influence of the dielectric passivation layer thickness and the field plate length on the breakdown voltage of a DT-SJDiode. I. INTRODUCTION Today, the main IGBT competitor is the MOSFET. Indeed, the MOSFET exhibits many interesting properties for power applications: high switching speed, high input impedance and thermal stability. However, in high voltage range (600 V and above), conventional MOSFETs are limited by their very high specific on-resistance and, therefore, their high on-state voltage drop, which induces more on-state losses compared to bipolar devices. This on-resistance is inversely proportional to the doping concentration of the drift region, which must be low enough to sustain the off-state voltage: to find the best trade-off between these two parameters (specific on-resistance and breakdown voltage) is one of the major challenges in this voltage range. Recently, numerous researches have been done about the superjunction principle and about the way to realize it. Indeed, this principle allows to overcome the 'breakdown voltage/on-state resistance' trade-off. This technology was chosen in particular by Infineon for the realization of COOLMOS™ transistors [1] and by STMicroelectronics for the realization of MDMESH™ devices [2]. However, the manufacturing cost of this technology can be very high because the process requires a multiple epitaxy technique, resulting in a significant number of masks. The deep trench technology [3] is a lower cost alternative with only one epitaxial step. Like all power devices, it needs an adapted junction termination technique to reach the highest breakdown voltage. Several junction termination techniques are available [4]-[6] but our attention has stopped on the deep trench

International audience; The purpose of this paper is to present the Deep Trench SuperJunction Diode (DT-SJDiode) optimization and realization with a 600V breakdown voltage. We present technological and geometrical parameters influences on the breakdown voltage with simulations performed with Sentaurus TCAD. Previous works allowed to validate some critical technological process steps and to create a technological process for 1200V breakdown voltage applications. The main point here is to optimize those process steps (trench verticality, termination fulfilling...), which have an important influence on the electrical properties, in order to fabricate a 600V breakdown voltage DT-SJDiode.; L'objectif de ce papier est de présenter l'optimisation et la réalisation d'une diode à Superjonction et à tranchées profondes et de sa terminaison (DT-SJDiode) pouvant tenir des tensions de 600 V à l'état bloqué. Nous étudierons l'influence des paramètres technologiques et géométriques sur la tenue en tension à partir de simulations effectuées sous Sentaurus TCAD. Des travaux précédents ont permis de valider certaines étapes technologiques et de dégager un procédé de fabrication pour des applications à 1200V. Il s'agit ici d'optimiser ces différentes étapes qui influent sur les paramètres électriques (verticalité des tranchées, remplissage des tranchées de terminaison de jonction, …) pour des applications à 600V.

International audience; The purpose of this paper is to present the Deep Trench SuperJunction Diode (DT-SJDiode) optimization and realization with a 600V breakdown voltage. We present technological and geometrical parameters influences on the breakdown voltage with simulations performed with Sentaurus TCAD. Previous works allowed to validate some critical technological process steps and to create a technological process for 1200V breakdown voltage applications. The main point here is to optimize those process steps (trench verticality, termination fulfilling...), which have an important influence on the electrical properties, in order to fabricate a 600V breakdown voltage DT-SJDiode.; L'objectif de ce papier est de présenter l'optimisation et la réalisation d'une diode à Superjonction et à tranchées profondes et de sa terminaison (DT-SJDiode) pouvant tenir des tensions de 600 V à l'état bloqué. Nous étudierons l'influence des paramètres technologiques et géométriques sur la tenue en tension à partir de simulations effectuées sous Sentaurus TCAD. Des travaux précédents ont permis de valider certaines étapes technologiques et de dégager un procédé de fabrication pour des applications à 1200V. Il s'agit ici d'optimiser ces différentes étapes qui influent sur les paramètres électriques (verticalité des tranchées, remplissage des tranchées de terminaison de jonction, …) pour des applications à 600V.