Croissance et nitruration à basse pression d'oxydes minces de silicium : caractérisations physiques et électriques pour l'application aux dispositifs CMOS

par Valérie Thirion

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Alain Straboni.

Soutenue en 1994

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    Avec la miniaturisation des technologies MOS, la diminution de l'épaisseur de l'oxyde de grille pose de nouvelles difficultés liées au contrôle de l'épaisseur, à la diffusion des impuretés et des dopants et à l'injection de porteurs chauds. Ce travail est consacré à la croissance et à la nitruration à basse pression d'oxyde de grille mince de silicium ; les mécanismes de ces réactions sont étudiés en relation avec les caractéristiques physico-chimiques et électriques des structures et dispositifs MOS. La croissance des oxydes très minces, qualifiée d'anormalement rapide, est décrite en faisant intervenir l'effet d'un champ électrique dans l'oxyde. Les cinétiques d'oxydation relevées dans le régime initial sont bien décrites par un modèle combinant la participation d'un flux d'espèces oxydantes diffusant sous l'effet du champ électrique et d'un flux soumis uniquement à la diffusion thermique. L'étude de la nitruration montre que l'utilisation de la basse pression de NH3 permet une incorporation spécifique d'azote, essentiellement localisée aux interfaces et très faible dans le volume de l'oxyde. Les faibles densités de charges fixes et l'absence de création d'état d'interface consécutives à ce procédé de nitruration permettent de ne pas dégrader la mobilité des porteurs et la tension de seuil des transistors NMOS et PMOS. Le faible piégeage caracterisé par injection fowler-nordheim est expliqué par les faibles niveaux d'azote et d'hydrogène incorporés dans le volume de SiO2 ; il est amélioré après une étape de réoxydation in-situ à faible pression d'oxygène sec. L'amélioration des propriétés de barrière de diffusion est démontrée sur des structures PMOS à grille P+ dopée en BF2. Un avantage important du procédé de nitruration NH3 basse pression concerne le durcissement de l'interface qui se manifeste par une augmentation de la durée de vie des transistors NMOS. Expérimentalement, ces propriétés électriques sont comparées à celles obtenues selon d'autres procédés de nitruration (plasma et nitruration en N20).


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  • Détails : 1 vol. (168 p.)
  • Annexes : 173 réf.

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