Etude de l'influence des contraintes appliquées sur l'évolution des propriétés diélectriques des couches minces isolantes dans les composants semi-conducteurs de puissance

• Main Author: Baudon, Sylvain
• Other Authors: Montpellier 2
• Language: fr
• Published: 2013
• Subjects: Semi-conducteur; Mos; Igbt; Oxyde de grille; Méthode de l'onde thermique; Méthode de l'impulsion thermique; Semiconductor; Gate oxide; Thermal step method; Thermal pulse method
• Online Access: http://www.theses.fr/2013MON20069

La fiabilité des chaînes de conversion électrique dans les systèmes embarqués est un enjeu critique dans les applications où interviennent des contraintes liées à la sécurité des personnes ou à des aspects économiques non-négligeables. La maintenance préventive permet de surveiller le bon fonctionnement des maillons faibles de la chaîne de conversion, tels que les composants de puissance à semiconducteurs (IGBT à grille en tranchée) présents dans les convertisseurs d'électronique de puissance utilisés dans le domaine du transport. L'objectif de ce travail est d'évaluer la possibilité d'utiliser l'état de l'oxyde de grille comme indicateur de l'état opérationnel du composant, lorsque celui-ci est soumis à des contraintes thermo-électriques représentatives de son fonctionnement. Les résultats obtenus par couplage de différentes techniques non destructives (méthode capacité-tension et méthode de mesure des charges d'espace) mettent en évidence des évolutions de l'oxyde liées à des effets causés par les charges électriques dans les zones de la structure les plus contraintes.L'étude et la modélisation des phénomènes diélectriques dans les couches minces d'oxyde nécessitent de nouvelles méthodes de mesure de la charge électrique à haute résolution spatiale. Dans le présent travail, nous démontrons, à travers des simulations et des résultats expérimentaux, l'applicabilité d'une de ces techniques de caractérisation, « la méthode de l'impulsion thermique », sur ce type de structures de la microélectronique. Sa sensibilité aux fines zones de champ électrique localisées au niveau des interfaces est en particulier mise en évidence, en ouvrant des voies vers la mise au point de nouvelles techniques à haute résolution spatiale, basées sur des stimuli thermiques. === The reliability of the electrical conversion chains in embedded systems is a critical issue in applica-tions where the security of persons and the economic aspects are significant. Preventive maintenance allows monitoring the proper functioning of the « weak links » in the conversion chain, such as power semiconductors components (trench gate IGBT) present in the electronic power converters used in the transport sector. The aim of the present work is to evaluate the possibility of using the gate oxide state as an indicator of the operational state of the component when it is subjected to thermo-electrical stress such as during service. The results obtained by coupled non-destructive techniques (capacitance-voltage and space charges measurement methods) bring out changes in the oxide produced by electrical charges in the most stressed areas of the structure.The study and modeling of dielectric phenomena in thin oxide layers require new high resolution methods for measuring the electric charge. In this work, simulations and experimental results have been used to demonstrate the applicability of one of these techniques, « the Thermal Pulse Method », to this type of microelectronic structures. The electric field at interfaces detected due to the sensitivity of this method is highlighted, opening ways to the development of new techniques with high spatial reso-lution, based on thermal stimuli.