Brevet FR3100927A1 — publié le 20210319

DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE PUISSANCE A SUPER-JONCTION Un aspect de l’invention concerne un dispositif électronique intégré comportant une première borne (B1) et une deuxième borne (B2), une diode Schottky (2) ayant une première tension de seuil et couplée entre la première borne (B1) et la deuxième borne (B2), un composant de dérivation (3) ayant une deuxième tension de seuil supérieure à la première tension de seuil et couplé entre la première borne (B1) et la deuxième borne (B2). Le composant de dérivation comporte une super-jonction. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 4 DISPOSITIF ELECTRONIQUE DE PUISSANCE A SUPER-JONCTION Le domaine technique de l’invention est celui de l’électronique de puissance. La présente invention concerne les circuits électroniques intégrés et en particulier des composants électroniques intégrés capables de résister à des surcharges électriques. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION La diode est un composant classique de l’électronique de puissance car elle permet la mise en œuvre de fonctions de base telles que la commutation, le redressement, la division de tension, etc. Il est donc particulièrement avantageux dans le domaine de l’électronique de puissance que les diodes présentent une grande vitesse de commutation, une faible résistivité à l’état passant, c’est-à-dire une forte intensité de courant à l’état passant, ainsi qu’une tension de claquage élevée. Cela étant, la résistivité d’une diode à l’état passant dépend du matériau de la diode qui définit également la tension de claquage de la diode. Le niveau de tension converti par la fonction de commutation est limité par la tension de claquage de la diode. Il existe des architectures de diode dites « diodes MPS » (« Merged PiN Schottky » selon l’acronyme anglo-saxon), ou diode à surcharge, comportant un premier type de diode, par exemple une diode PIN (« Positive Intrinsic Negative », selon l’acronyme anglo-saxon), et un deuxième type de diode, par exemple une diode Schottky, couplées en parallèle. Cette architecture permet à la fois une commutation rapide entre les états bloqué et passant, et supporte des surcharges de courant apparaissant notamment en régime transitoire. Cela étant, ces diodes présentent un coût élevé du fait qu’elles sont généralement réalisées à partir d’un substrat en nitrure de gallium (GaN). Le brevet japonais publié sous le numéro JP2015198175 décrit un exemple de diode MPS comportant une diode Schottky à hétérojonction montée en parallèle avec une diode PIN et dont une vue en coupe schématique est reproduite sur la figure 1. Une hétérojonction est formée par la jonction de deux couches de matériaux semi-conducteurs ayant des bandes interdites différentes. Un gaz bidimensionnel d’électrons se forme à l’interface entre les deux couches de matériau semi-conducteurs du fait d’une polarisation spontanée et d’une polarisation piézoélectrique. Ce gaz bidimensionnel sert de canal de conduction au sein des composants électroniques à hétérojonction, et permet une forte densité de courant en raison de sa grande densité de porteurs de charge. La diode MPS 200 de l’art antérieur comporte un substrat semi-conducteur 100, ou substrat porteur, sur lequel est réalisée une couche tampon 101. Une couche tampon permet classiquement de limiter les courants de fuite latéraux et verticaux dans le composant et de mieux confiner le gaz bidimensionnel d’électrons au niveau de l’interface de l’hétérojonction. La diode MPS 200 comporte en outre une couche semi-conductrice intrinsèque 102, c’est-à-dire une couche semi-conductrice non intentionnellement dopée, sur laquelle est réalisée l’hétérojonction. L’hétérojonction comporte une couche de nitrure de gallium (GaN) 103, une couche de nitrure d’aluminium-galium (AlGaN) 104 et un gaz bidimensionnel d’électrons 106 formé à l’interface entre la couche de GaN 103 et la couche de AlGaN 104. La diode Schottky comporte une première électrode 105 en contact Schottky avec le gaz d’électrons 106, formant l’anode de la diode Schottky, et une deuxième électrode 105’ en contact ohmique avec le gaz d’électrons 106 et formant la cathode de la diode Schottky. La diode PIN comporte une première région implantée de type P 107 réalisée dans la couche de nitrure de galium 103 et formant l’anode de la diode PIN, la couche intrinsèque 102 et une deuxième région implantée de type N 108 réalisée dans la couche de nitrure de galium 103, dans la couche intrinsèque 102 et formant la cathode de la diode PIN. D’après le document JP2015198175, une solution pour améliorer le courant à l’état passant de la diode de type MPS 200 consiste à doper légèrement la couche semiconductrice intrinsèque 102 de la diode PIN. Cela étant, l’augmentation du dopage de la zone intrinsèque diminue la valeur de la tension de claquage de la diode. Notamment, à partir d’un certain seuil de dopage, lorsque l’on multiplie par dix la valeur de dopage de la couche semi-conductrice 102, la valeur de la tension de claquage est divisée par dix. Il existe donc un besoin d’une diode ayant une vitesse de commutation élevée, une valeur de courant à l’état passant élevée et une tension de claquage élevée. Les dessins sont présentés à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La figure 1, décrite précédemment, illustre l’art antérieur. Les figures 2 à 7 illustrent des modes réalisation et de mise en œuvre de l’invention. Les figures 8 à 14 illustrent un procédé de fabrication d’un dispositif selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Dispositif électronique intégré comportant : une première borne (B1) et une deuxième borne (B2), une diode Schottky (2) comprenant une anode et une cathode et ayant une première tension de seuil (Vs1), la diode (2) étant couplée entre la première borne (B1) et la deuxième borne (B2), un composant de dérivation (3) ayant une deuxième tension de seuil (Vs2) supérieure à la première tension de seuil (Vs1) et couplé entre la première borne (B1) et la deuxième borne (B2), le dispositif étant caractérisé en ce que le composant de dérivation (3) comporte une super-jonction (5). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le composant de dérivation (3) est un transistor à super-jonction latérale comportant une grille verticale isolée (9) et une source, la grille verticale isolée (9) et la source étant mutuellement électriquement couplées de façon à être au même potentiel électrique. Dispositif selon la revendication 2, comportant une couche électriquement conductrice (8), la grille verticale isolée (9) comportant une première portion (80) verticale de la couche électriquement conductrice (8), ladite première portion (80) étant isolée électriquement de la super-jonction (5) par une couche diélectrique (90), la source du transistor (3) comportant une deuxième portion (81) de ladite couche électriquement conductrice (8). Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l’anode de la diode Schottky (2) comporte la deuxième portion (81) de la couche électriquement conductrice (8). Dispositif selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel le dispositif comporte une hétérojonction (7) disposée sur la super-jonction (5) et comportant une première couche de jonction (70) et une deuxième couche de jonction (71), un gaz bidimensionnel d’électrons (72) étant formé à l’interface entre la première couche de jonction (70) et la deuxième couche de jonction (71), l’anode et la cathode de la diode Schottky (2) étant mutuellement couplées par au moins une partie du gaz bidimensionnel d’électrons (72). Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la deuxième portion (81) de la couche électriquement conductrice (8) forme un contact Schottky (82) avec le gaz bidimensionnel d’électrons (72), à distance des extrémités de la première couche de jonction (70). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant au moins une plaque de champ comportant une portion horizontale (83 1 ) de la couche électriquement conductrice (8). Dispositif selon l’une quelconque des revendication 2 à 7, dans lequel le transistor (3) comprend un drain comportant une région semi-conductrice fortement dopée (6) d’un premier type de conductivité, la super-jonction (5) comportant un empilement vertical d’une alternance de couches semi-conductrices du premier type de conductivité (50) et de couches semi-conductrices d’un deuxième type de conductivité (51) opposé au premier type de conductivité, les premières et deuxièmes couches (50, 51) s’étendant horizontalement depuis la région semi-conductrice fortement dopée (6) jusqu’à la grille verticale isolée (9). Dispositif selon la revendication 8, dans lequel la super-jonction (5) comporte une alternance de cinq premières couches (50) dopées de type N à une concentration de 4x10 18 cm -3 et de cinq deuxièmes couches (51) dopées de type P à une concentration de 4x10 18 cm -3 , les premières et deuxièmes couches (50, 51) ayant chacune une épaisseur égale à 150 nm. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel la super-jonction (5) est disposée sur une couche de tenue en tension (14) d’épaisseur égale à 3 µm et dopée de type N à une concentration de 1x10 16 cm -3 . Dispositif selon l’une des revendications 8 à 10, dans lequel la cathode de la diode Schottky (2) comporte une couche électriquement conductrice (CE) en contact ohmique avec la région semi-conductrice fortement dopée (6) et le gaz bidimensionnel d’électrons (72). Procédé de fabrication d’un dispositif électronique intégré comprenant une première borne (B1) et une deuxième borne (B2), le procédé comportant les étapes suivantes : une formation d’un composant de dérivation (3) ; une formation d’une diode Schottky (2) comportant une anode et une cathode mutuellement couplées par un gaz bidimensionnel d’électrons (72), un couplage parallèle du composant de dérivation (3) et de la diode Schottky (2) entre la première borne (B1) et la deuxième borne (B2); le procédé de fabrication étant caractérisé en ce que la formation du composant de dérivation comporte la formation d’une super jonction. Procédé selon la revendication 12, comportant : une réalisation de la super-jonction comprenant un empilement d’une alternance de première couches semi-conductrices (50) d’un premier type de conductivité et de deuxièmes couches semi-conductrices (51) d’un deuxième type de conductivité opposé au premier type de conductivité, une réalisation d’une région semi-conductrice fortement dopée (6) du premier type de conductivité à une première extrémité des couches semi-conductrices, une réalisation, sur la super-jonction, d’une hétérojonction comprenant une réalisation d’une première couche de jonction (70) d’un premier matériau semi-conducteur et une réalisation d’une deuxième couche de jonction (71) d’un deuxième matériau semi-conducteur sur la première couche de jonction (70), le premier et le deuxième matériau ayant des bandes interdites différentes de façon que le gaz bidimensionnel d’électrons (72) se forme à l’interface entre la première couche de jonction (70) et la deuxième couche de jonction (71), une réalisation d’une grille verticale isolée (9) à une deuxième extrémité des couches semi-conductrices (50, 51), une réalisation de l’anode de la diode Schottky (2) par une formation d’un premier contact Schottky (82) avec le gaz bidimensionnel d’électrons (72) de façon que le premier contact Schottky (82) et la grille verticale isolée (9) soit mutuellement électriquement couplés, une réalisation d’un deuxième contact ohmique (60) avec le gaz bidimensionnel d’électrons (72) et la région semi-conductrice fortement dopée (6). Procédé selon la revendication 13, comprenant un dépôt d’une couche électriquement conductrice (8), de façon que la grille verticale isolée (9) comporte une première portion (80) de la couche électriquement conductrice (8) et que le premier contact Schottky (82) comprend une deuxième portion (81) de la couche électriquement conductrice (8). Procédé selon la revendication 14, comprenant la réalisation d’au moins une plaque de champ comportant une troisième portion horizontale (83 1 ) de la couche électriquement conductrice (8).