Adaptation des méthodes de caractérisation électrique au cas des structures M. O. S. à oxyde très mince : application à l’étude des dégradations sur les capacités à oxyde de grille nitrure

par Frédéric Seigneur

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Bernard Balland.


  • Résumé

    Nous abordons ce travail par une présentation des problèmes technologiques actuels relatifs aux dissymétries de fonctionnement de certains circuits C. M. O. S. . Les solutions correspondantes nous ont conduit à introduire des notions de base sur les oxydes minces et sur la nitruration. Après avoir fait un rappel sur les défauts à l'interface Si / Si02, nous présentons sur le plan théorique les principales techniques de dégradation (injection de porteurs, irradiation) ainsi que les défauts consécutifs créés dans l'oxyde et à l'interface Si 1 Si02. La seconde partie est consacrée au développement expérimental d'un ensemble de techniques de caractérisation sur des structures M. O. S. à oxyde mince. Nous décrivons le banc de mesure et mentionnons les difficultés pratiques rencontrées et surmontées. Nous présentons ensuite les principales techniques capacitives qui permettent de déterminer les paramètres de base des structures M. O. S. (C0x, N, Vfb, etc. . . ). Nous discutons de la fiabilité des résultats (sensibilité, précision) et nous proposons des améliorations permettant de contourner quelques difficultés de caractérisation inhérentes aux oxydes minces. Concernant les états rapides, nous avons développé des techniques de dégradation (F. N. , irradiation) et de caractérisation de la qualité de l'interface Si / Si02 (TERMAN, hf-hf et D. L. T. S. ). Nous étudions ensuite dans les structures M. O. S. Les différentes causes de l'instabilité consécutive à la présence d'états lents. Pour cela, nous avons mis en place la méthode tunnel D. L. T. S. , cependant, nous avons montré que l'utilisation d'appareils de polarisation (générateur de pulses) dans des conditions particulières peut conduire à des erreurs systématiques de mesures. Sur ce constat de non fiabilité, nous avons développé deux autres techniques toujours orientées sur l'exploitation des caractéristiques capacitives. Ces méthodes de mesure nous permettent de mettre en évidence expérimentalement les "états lents" et d'étudier quelques unes de leurs caractéristiques spectrales. Finalement, nous avons appliqué l'ensemble des techniques précédemment développées à un lot particulier d'échantillons nitrurés. Après avoir présenté leurs caractéristiques électriques générales, nous étudions et comparons la résistance de ces structures face à deux mécanismes de dégradation : injection de porteurs froids (F. N. ) et irradiation au Co60.

  • Titre traduit

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  • Résumé

    [We approach this work by a presentation of current technological problems relative to functioning dissymmetries of some C. M. O. S. Devices. The solutions we propose have lead us to introduce basic information on thin oxides and nitrification. We first introduce defects at the Si / SiO2 interface, then we theoretically present the main degradation techniques (carrier injection, irradiation) and their induced defects created in the oxide bulk and at the interface. The second parts dedicated to the experimental development of a set of characterization techniques on M. O. S. Structures with thin oxide. We describe the measurement bench and the difficulties we overcame during its development. Then, we present the main capacitance measurements techniques that allow to determine the basic parameters of a M. O. S. Structure (C0x, N, V fb etc. . . ). We discuss the reliability of results (sensitivity, accuracy) and we propose improvements allowing to bypass some characterization difficulties linked to thin oxides. Concerning fast states, we have developed degradation techniques (F. N, irradiation) and characterization of the Si 1 Si02 interface quality (TERMAN, hf-bf and D. L. T. S. ). We then study in M. O. S. Structure, the reasons of the instability due to the slow states, by implementing the tunnel D. L. T. S. Method However. We have shown that the use of voltage sources (pulse generators) in specific conditions may cause systematic measurements errors. Taking this into account, we have developed two other techniques also based on the exploitation of capacitance measurements. These methods allow us to experimentally highlight the "slow states" and to study some of their spectral characteristics. Finally, we have applied the whole techniques previously de\'eloped to specific nitrated samples. After presenting their general electrical characteristics, we study and compare the resistance of these structures to two degradation mechanisms : cold carrier injection (F. N. ) and Co60 irradiation. ]

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Informations

  • Détails : 1 vol. (150 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(1843)
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