Etude des mecanismes de defaillance des dielectriques de grille minces pour les technologies cmos avancees

par CARINE JAHAN

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Gérard Ghibaudo.

Soutenue en 1998

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Ce memoire presente les resultats consacres a l'etude des mecanismes de degradation et de claquage de l'oxyde de grille pour une gamme d'epaisseur variant de 7 a 3. 5 nm, correspondant aux technologies cmos 0. 35 a 0. 18 m. Cette etude a d'abord necessite un important travail d'optimisation des techniques de caracterisation de l'oxyde de grille mince et en particulier de tenir compte du comportement quantique des porteurs pres de l'interface pour avoir une extraction fiable des parametres de la structure mos. Dans la gamme d'epaisseur d'oxyde etudiee, la degradation du dielectrique se manifeste principalement par des courants de fuite a faible champs electriques, communement appeles silc (stress induced leakage current) : ce phenomene peut etre considere comme une conduction tunnel assistee par pieges des electrons a travers l'oxyde. L'etude de l'evolution du silc avec l'epaisseur d'oxyde et les conditions de contrainte permet de proposer une modelisation originale de la generation du silc : celle-ci, basee sur le modele d'injection de trous chauds de l'anode, introduit a l'origine pour expliquer le claquage, permet de decrire avec succes les resultats experimentaux. Nous en concluons que les courants de trous injectes de l'anode interviennent a la fois dans les mecanismes de creation du silc et du claquage. Neanmoins, si le silc et le claquage correspondent tous deux a un processus relie a des defauts generes lors de la contrainte, nous montrons que le claquage du dielectrique n'est pas provoque par un nombre critique des pieges a l'origine du silc : ceci indique que les defauts a l'origine du silc et du claquage sont de nature differente. La derniere partie de ce memoire complete l'etude de la fiabilite de l'oxyde de grille en evaluant l'impact des differentes agressions technologiques subies par l'oxyde au cours de la fabrication du composant : en particulier la diffusion du bore des grilles p+ affecte l'oxyde en augmentant le silc et en diminuant la charge au claquage. Cette diffusion peut etre partiellement reduite par l'incorporation d'azote dans l'oxyde par un procede de nitruration. Enfin, contrairement au processus menant au claquage, le silc est un phenomene reversible dans certaines conditions de temperature et d'atmosphere, ce qui confirme que le silc et le claquage ne sont pas provoques par les memes defauts.


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  • Détails : 216 P.
  • Annexes : 129 REF.

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