Influence de la géométrie de la tranchée profonde

III.2.3.1. Variations de la largeur de gravure

Les variations de la largeur de gravure se produisent technologiquement lorsqu’il y a un décalage entre l’ouverture du masque et la largeur effective de la gravure. Cette différence peut-être positive (surgravure) ou négative (sousgravure). La Figure III.4 (a) représente les variations de la tenue tension en fonction de la largeur de la tranchée (WTrench). Nous constatons que les variations de BVDSS sont analogues

aux variations observées à la Figure III.2 (déséquilibre des charges). En effet, une variation de la largeur de la tranchée a un impact sur l’équilibre des charges. L’équation (III.1) rappelle la condition d’équilibre des charges dans le cas d’un profil gaussien. 2 ) ( 2 / 2 / N D W W W A W N dx x N P Trench Trench × =

∫

Une variation de la largeur de gravure n’influe pas sur le profil de dopage de bore diffusé, ni sur la concentration de la couche N épitaxiée ; par contre, elle modifie la largeur entre deux tranchées, soit WN, ceci changeant l’équilibre de l’équation et

donc, la compensation des charges.

La Figure III.4 (b) présente les variations de RON.S en fonction de la largeur de la

tranchée. Nous constatons que ce paramètre influe sur RON.S par la modification du

coefficient α (rapport entre la zone de conduction et la surface active). La valeur optimale de ce paramètre reste 3 μm, valeur pour laquelle nous avons la meilleure tenue en tension.

III.2 Etude du composant DT-SJMOS

(a) (b)

Figure III.4 : (a) Variations de la tenue en tension en fonction de la largeur de la tranchée, (b) Variations de la résistance passante spécifique en fonction de la largeur de la tranchée.

III.2.3.2. Compensation de la gravure par la charge diffusée

La largeur de la gravure ayant un impact sur l’équilibre des charges, nous nous intéressons à la compensation de l’erreur d’ouverture par la dose de bore diffusée. En effet, dans le cas où le procédé de fabrication de la tranchée est stabilisé, il est intéressant de savoir si l’erreur de la largeur de gravure par rapport à l’ouverture du masque peut être compensée par la dose diffusée.

Figure III.5 : Variations de la tenue en tension en fonction de la largeur de la tranchée profonde et de la dose de bore diffusée.

La Figure III.5 présente les variations de la tenue en tension par rapport à la largeur de gravure de la tranchée (WTrench) et la dose de bore diffusée (dB). Nous

Chapitre 3. Optimisation du transistor DT-SJMOS

deux paramètres interviennent dans la balance des charges. Une augmentation de la largeur de la tranchée, par rapport à l’ouverture de masque initiale, entraîne une diminution de la largeur entre deux tranchées, c’est-à-dire une diminution de WN. Il

est alors possible de corriger le profil de bore diffusé, notamment par la dose, afin de retrouver l’équilibre des charges. Ceci est très intéressant pour garantir les performances statiques du transistor DT-SJMOS. Nous pensons qu’il sera intéressant de stabiliser le procédé de gravure des tranchées, pour ensuite déterminer la « nouvelle » dose plus appropriée à diffuser.

Le haut de la crête, en blanc, correspond à une tenue en tension de 1400 V. Plusieurs couples de valeurs permettent d’obtenir cette tenue en tension, notamment WTrench = 3 μm et dB = 2,8.1012 cm-2, valeurs que nous garderons pour le reste des

simulations.

III.2.3.3. Variations de la profondeur de la tranchée

La profondeur de la tranchée détermine la tenue en tension comme nous avons pu le voir dans l’équation (I.13). Il est néanmoins intéressant, pour ce type de structure, d’observer le comportement de la tenue en tension lorsque la gravure pénètre dans le substrat. Dans le cas de nos simulations, le substrat se trouve à une profondeur de 87 μm. La Figure III.6 (a) présente les variations de la tenue en tension en fonction de la profondeur de la tranchée. Nous observons une augmentation linéaire de la tenue en tension pour des valeurs de tranchée allant jusqu’à 87 μm. Ceci était prévisible grâce à l’équation (I.13) (BVDSS = Ec x H), qui montre que la tenue en tension est

proportionnelle à la profondeur de la tranchée. Pour des valeurs supérieures à 87 μm, la tranchée pénètre dans le substrat et la tenue en tension est constante. La concentration de la zone P, due à la dose de bore diffusée, est négligeable devant la concentration du substrat. La colonne P, ne peut donc s’étendre au-delà de la couche épitaxiée. BVDSS peut donc être fixé par deux paramètres : l’épaisseur de l’épitaxie ou

la profondeur des tranchées. Le résultat le plus encourageant reste le fait que nous n’observons pas de diminution de BVDSS dans ce cas. Ceci a pour avantage

d’augmenter la liberté de fabrication et de pouvoir concevoir une structure dont la tenue en tension est limitée par l’épitaxie, comme les structures à jonction plane en limitation de charge d’espace [61].

III.2 Etude du composant DT-SJMOS

(a) (b)

Figure III.6 : (a) Variations de la tenue en tension en fonction de la profondeur de la tranchée, (b) Variations de la résistance passante spécifique en fonction de la profondeur de la tranchée.

III.2.3.4. Variations de la verticalité de la tranchée

La verticalité de la tranchée (Slope) est définie par la différence de largeur entre le haut (WTT) et le bas (WBT) de la tranchée. Une valeur positive de Slope

(Figure III.7 (a)) correspond à une gravure en forme de cône dont la pointe est dans le fond de la tranchée ; inversement, une valeur négative de Slope correspond à une gravure en forme de trapèze dont la partie large est dans le fond de la tranchée (Figure III.7 (c)). La Figure III.8 présente les variations de la tenue en tension en fonction de la verticalité de la tranchée (Slope) et de la largeur de la gravure (WTrench).

(a) (b) (c)

Figure III.7 : (a) Tranchée à pente positive, (b) tranchée à pente verticale,

(c) tranchée à pente négative.

Nous pouvons remarquer que la tenue en tension est très sensible à la verticalité de la tranchée. En effet, l’excès de charges à une extrémité de la tranchée n’est pas

Chapitre 3. Optimisation du transistor DT-SJMOS

compensé par le manque de charges à l’autre extrémité. Revenons à l’équation (III.1) qui présente l’équation de l’équilibre des charges : celle-ci est unidimensionnelle (dépendante seulement de x). Il faut donc que la condition énoncée soit respectée sur toute la profondeur de la structure. Sinon, il y a une très forte probabilité de dégradation de la tenue en tension. De plus, la courbe des variations de la tenue en tension en fonction de la verticalité de la tranchée est asymétrique. En effet, une tranchée plus large en surface permet de protéger la jonction plane en surface et augmente donc légèrement sa tenue en tension (Figure III.9 (a)). Par contre, une tranchée plus large en profondeur implique un autoblindage en son fond, et c’est donc la jonction PN sous la tranchée qui doit supporter la tension (Figure III.9 (b)). La dose de bore diffusée n’étant pas calibrée pour cette situation, la tenue en tension de cette jonction se trouve inférieure à la tenue en tension de la jonction de surface. De plus, sous la condition que nous avons la dose optimale de bore, nous devons garantir une verticalité de ±0,1 μm pour avoir une tenue en tension supérieur à 1200 Volts.

Nous pouvons aussi voir sur la Figure III.8 que la variation de la largeur de la tranchée ne corrige pas la chute de tenue en tension observée quand on s’éloigne d’une tranchée parfaitement verticale. En effet, la variation de la largeur de la tranchée accentue l’excès ou le manque de charges dans une partie de la structure. La variation de la dose diffusée apporterait le même comportement et n’améliorerait rien. La verticalité de la tranchée est donc un critère décisif qu’il faudra maîtriser dans la fabrication du composant.

Figure III.8 : Variations de la tenue en tension en fonction de la pente (Slope) et de la largeur (WTrench) de la tranchée profonde.

III.2 Etude du composant DT-SJMOS

(a) (b)

Figure III.9 :

(a) Représentation schématique de la ZCE au claquage de la structure pour Slope > 0, (b) Représentation schématique de la ZCE au claquage de la structure pour Slope < 0.

Point de claquage