Développement de procédés de gravure plasma sans dommage pour l'électronique de puissance à base de GaN

En électronique de puissance, le GaN est devenu un matériau de choix : il répond à des enjeux de haute performance énergétique, tout en favorisant une compacité et une légèreté des composants. Lors de la fabrication de dispositifs de puissance basés sur une hétérostructure AlGaN/GaN, la gravure plasma induit des dégradations dans le matériau et réduit les propriétés électroniques des composants notamment les diodes et les HEMT (High Electron Mobility Transistors). Ces travaux de thèses se sont focalisés sur l’étude de ces dégradations et proposent des procédés de gravure industrialisables qui diminuent l’impact de ces plasmas. Nous nous sommes concentrés dans un premier temps sur les mécanismes de dégradation intervenant pendant la gravure du SiN avec arrêt sur AlGaN, en fonction de différents paramètres plasma. Les caractérisations électriques et physico-chimiques (notamment l’XPS) ont permis de mettre en avant différents mécanismes de dégradations et d’en proposer un modèle synthétique. Nous avons identifié deux facteurs principaux de dégradation électrique : d’une part, le bombardement ionique énergétique qui modifie les stœchiométries de surface, favorise l’implantation de contaminants, perturbe la qualité cristalline de la maille et provoque la pulvérisation de l’AlGaN. Un seuil en énergie, sous lequel les dégradations restent limitées, a cependant été démontré et éprouvé. Le second facteur identifié est l’épaisseur modifiée. Plus l’épaisseur modifiée est importante, plus elle a une influence sur le canal électronique et ses propriétés. Cette épaisseur peut être augmentée par une haute énergie de bombardement ou par l’utilisation d’éléments légers qui s’implantent en profondeur dans l’AlGaN. Dans un second temps, ces résultats ont servi de cadre pour le développement de procédés innovants afin de limiter l’endommagement lors de la gravure GaN. Nous avons étudié trois procédés cycliques de type ALE : O2-BCl3, Cl2-Ar et Cl2-He. Leurs études ont permis de mettre en évidence leurs différentes caractéristiques d’autolimitations et de sélectivités ainsi que de proposer des modèles de mécanismes de gravure. La caractérisation et la comparaison avec les procédés standards ont soulignés leurs performances et notamment leurs capacités à diminuer les dégradations électriques induites pendant la gravure.