Lors d'un événement en ligne récent, une entreprise spécialisée dans le carbure de silicium a révélé que le prix des plaquettes de carbure de silicium de 6 pouces se situe entre 20 000 et 30 000 yuans l'unité, permettant de fabriquer de 350 à 700 MOSFET SiC de qualité automobile. Le prix actuel des composants en carbure de silicium est environ 4 à 5 fois supérieur à celui des composants en silicium. Certains organismes prévoient que le prix des composants en carbure de silicium pourrait atteindre environ 1.5 fois celui des composants en silicium d'ici 2025. Comment y parvenir ?

L'étude « Trois générations et demie de direction du vent » a révélé que récemment, l'Université d'État de Caroline du Nord (NCSU) a annoncé les derniers progrès réalisés dans la technologie du carbure de silicium, et l'objectif étaitRéduire le prix du carbure de silicium à seulement 1.5 fois celui des plaquettes de silicium.D'après les rapports, cette technologie peut faciliter l'accès au marché du carbure de silicium pour les entreprises et, à terme, permettre le partage des fonderies et des procédés, éliminant ainsi la nécessité d'investir du temps et des ressources financières dans le développement de procédés propriétaires. De plus, cette technologie peut être mise en œuvre dans les fonderies traditionnelles, et la production en série de plaquettes de carbure de silicium de grande taille est déjà possible. Parmi les produits déjà commercialisés figurent les transistors JBS 1.2 kV, les MOSFET de puissance et les JBSFET.Le taux de rendement atteint 90%..

Le principal inventeur de cette technologie, qui est également l'inventeur de l'IGBT, a déclaré que ces technologies, si elles s'avéraient efficaces, pourraient un jour remplacer l'IGBT.

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Procédés partagés, plaquettes plus grandes

Objectif : un coût 1.5 fois supérieur à celui des dispositifs en silicium

Le coût actuel des dispositifs en carbure de silicium (SiC) est environ cinq fois supérieur à celui des dispositifs de puissance en silicium. Jay Baliga, professeur émérite à l'Université d'État de Caroline du Nord (NCSU), a déclaré : « Notre objectif est de réduire le coût du SiC à 1.5 fois celui des dispositifs de puissance en silicium. » Il estime que, comparativement aux IGBT en silicium, les coûts de fabrication plus élevés constituent un frein à l'adoption à grande échelle par le marché. L'une des principales raisons de ces coûts élevés est que les entreprises ayant développé des dispositifs de puissance en SiC bénéficient d'un accès exclusif au processus de fabrication, ce qui rend difficile l'entrée sur le marché pour les autres entreprises. La capacité de production ne peut être augmentée et les coûts ne peuvent être réduits. C'est pourquoi la NCSU a développé une technologie partagée, le procédé PRESiCETM, afin de faciliter l'accès au marché du carbure de silicium et de promouvoir l'innovation. M. Baliga a ajouté : « PRESiCETM incitera davantage d'entreprises à investir le marché du SiC, car elles n'auront plus besoin de développer leurs propres processus de conception et de fabrication, ce qui est très coûteux et chronophage. C'est un avantage pour les entreprises comme pour les utilisateurs. Si davantage d'entreprises participent à la fabrication de dispositifs de puissance en SiC, la production des fonderies augmentera, ce qui permettra de réduire considérablement les coûts. » Selon les informations disponibles, cette technologie a vu le jour en janvier 2015 et a bénéficié d'un financement du Département de l'Énergie des États-Unis (PowerAmerica). En 2016, 18 entreprises ont participé à la recherche et au développement, et elle en est aujourd'hui à sa troisième génération. « Depuis 2015, de nombreuses entreprises ont transféré leurs procédés de fabrication de dispositifs de puissance SiC propriétaires, développés précédemment, vers la fonderie X-Fab au Texas, aux États-Unis. » Une autre solution consiste à utiliser les fonderies de dispositifs en silicium existantes et matures afin de réduire les coûts grâce à des plaquettes de grande capacité et de grande taille. Baliga a indiqué que la plupart des étapes de fabrication (jusqu'à 80 %) des MOSFET de puissance SiC peuvent être réalisées dans les fonderies de silicium. Il suffit de moderniser les équipements haute température, tels que l'oxydation de grille et le recuit par implantation ionique, nécessaires aux matériaux en carbure de silicium. Grâce à des fonderies non propriétaires comme X-Fab, « davantage d'entreprises produiront et le coût du carbure de silicium diminuera ». Depuis 2015, la technologie PRESiCE a fait l'objet de plusieurs améliorations. Grâce à l'utilisation d'équipements internes permettant une implantation ionique thermique plus uniforme, la troisième génération de dispositifs de puissance SiC de PRESiCE, fabriqués sur des plaquettes de 6 pouces, a été lancée avec succès. L'image ci-dessous présente des diodes JBS, des MOSFET de puissance et des JBSFET à haut rendement, d'une tension nominale de 1.2 kV, fabriqués selon la technologie PRESiCE.

Figure 1. Trois types de dispositifs de puissance SiC fabriqués à l'aide de la technologie PRESiCE de troisième génération.

D'après les informations disponibles, l'une des principales caractéristiques de la technologie PRESiCETM est l'utilisation de 10 procédés de masquage. Voir l'image ci-dessous ↓↓↓↓

Figure 2. Flux de processus technologique PRESiCE pour la fabrication de MOSFET de puissance SiC.

Résultats de l'identification des processus :

Le rendement dépasse 90%

Afin d'évaluer les performances de la technologie de procédé PRESiCETM de troisième génération, la fonderie X-Fab a produit en continu trois lots de composants, en suivant le même processus. Les mesures ont révélé que le rendement des redresseurs JBS fabriqués avec cette technologie dépasse 90 % et que le courant de fuite des diodes JBS est nettement inférieur à la norme industrielle de 100 µA. La chute de tension à l'état passant des diodes JBS est d'environ 2 V. À l'instar des IGBT à base de silicium et des MOSFET de puissance en carbure de silicium, elles peuvent être utilisées comme diodes antiparallèles. Les mesures effectuées sur les MOSFET de puissance en carbure de silicium fabriqués par PRESiCETM montrent que la résistance à l'état passant maximale de 90 % des composants est inférieure à 1.3 fois la valeur typique, le rendement dépasse 90 % et leur tension de seuil est conforme aux spécifications à ± 30 % près.

Figure 3. Courant de fuite mesuré du redresseur JBS SiC à une polarisation inverse de 1000 V : variation intra-plaquette et intra-lot à plaquette.

Figure 4. Courant de fuite mesuré du redresseur JBS SiC à polarisation inverse de 1000 V : variation du courant de fuite d'un lot à l'autre.

Figure 5. JBSFET de puissance SiC fabriqué à l'aide de la technologie PRESiCETM Gen-3 : variation du courant de fuite d'un lot à l'autre.

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