Etude d'architectures de grille et de canal pour les technologies CMOS sub-0. 2μm

par Jérôme Alieu

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Georges Brémond.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (laboratoire) et de Université Joseph Fourier (Grenoble) (laboratoire) .

mots clés

• MOS (électronique)
• Épitaxie
• Polymères silicium

Résumé

Ce travail de thèse présente l'étude de l'intégration de modules technologiques avancés, comme les canaux épitaxies Si ou SiGe et les grilles SiGe, dans des filières CMOS pré-industrielles des générations de transistors de longueur de grille inférieure à 0. 18 μm. Nous avons ainsi démontré l'intérêt d'utiliser des canaux épitaxies Si pour accroître la mobilité des porteurs et améliorer le contrôle des effets parasites liés aux petites dimensions (canaux courts et étroits). Nous avons également introduit des couches SiGe contraintes pour augmenter encore la mobilité des trous. Cette architecture à puits unique SiGe détériore cependant le fonctionnement des transistors courts (relaxation de la couche et création d'une mauvaise interface SiGe / oxyde). Il est montré que l'utilisation de multipuits permet d'améliorer le comportement des transistors PMOS et NMOS. Ces architectures épitaxiées aboutissent cependant à des tensions de seuil trop faibles, et poussent à utiliser des grilles SiGe ou Ge afin de l'ajuster sans affecter la mobilité des porteurs. Enfin, deux architectures nouvelles, utilisant l'alliage SiGe, ont été présentées. Le gain en performances et l'étude de faisabilité permettent d'envisager l'intégration de ces modules technologiques avancés dans les futures générations de transistors.

Titre traduit

= Study of gate and channel architectures for sub-0. 2pm CMOS technologies

Résumé

This thesis work presents a study of the integration of advanced technological modules, such as Si or SiGe epitaxial channels and SiGe gates, within pre-industrial CMOS processes of sub-O. L8J. Im gate length transistor generation. We have demonstrated the potential advantages of using Si epitaxial channels for increasing carrier mobility and improving the small dimension parasitic effects (short and narrow channels). We have also introduced strained SiGe-layers to further increase hole mobility. This structure with a single SiGe well, however, degrades short channel transistor operation (layer relaxation and creation of a poor SiGe / oxide interface). The use of multiple-well structures has shown to be a suitable technological solution for improving both PMOS and NMOS transistor behaviour. Those epitaxial architectures present, however, too low threshold voltages which would justify the use of SiGe or Ge gates in order to adjust the threshold voltage without altering carrier mobility. Finally, two new architectures, using a SiGe alloy, have been presented. The performance gain and the integration feasibility allow us to consider the possibility of integration of these ad,vanced technological modules within future transistor generations.