Etude de la fiabilité de l'oxyde SiO2 dans les dispositifs CMOS avancés et les mémoires non-volatiles

par David Pic

Thèse de doctorat en Physique, modélisation et science pour l'ingénieur. Physique, modélisation des systèmes complexes

Sous la direction de Didier Goguenheim.


  • Résumé

    La fiabilité du diélectrique SiO2 suscite toujours un intérêt majeur pour l'intégration des nouvelles technologies et le développement de méthodes adaptées à l'évaluation de la qualité de l'oxyde lors de la fabrication des produits. L'épaisseur de cette couche n'a cessé de diminuer et est devenue inférieure à 1. 5 nm pour les technologies les plus avancées. L'origine physique du mécanisme responsable du claquage pour cette gamme d'oxyde n'est pas encore totalement élucidée. D'autre part, l'intégration des mémoires EEPROM est confrontée au mécanisme de courant de fuite induit par contrainte électrique qui constitue un souci majeur pour la fiabilité devant garantir la conservation de l'information pendant 10 ans. Le site de STMicroelectronics de Rousset a pour vocation de transférer en production des technologies CMOS de la filière du 90 nm avec des mémoires non-volatiles embarquées. L'un des principaux secteurs de son activité concerne les applications automobiles fonctionnant à 150ºC. Dans ce cadre à la fois fondamental et appliqué, ce mémoire traite la fiabilité des oxydes. Nous avons abordé deux domaines : La fiabilité des oxydes ultra-minces (<3. 5nm) et La fiabilité des oxydes dans les mémoires EEPROM (6-8nm). Nous avons établi plusieurs conclusions concernant le mécanisme de rupture de la liaison Si-H par excitation vibrationnelle permettant d'expliquer le claquage dans les oxydes minces. Les mémoires EEPROM utilisent une gamme d'oxyde très sensible au mécanisme de courant induit par contrainte électrique, communément appelé « SILC ». Elles nécessitent une meilleure compréhension de ce mécanisme pour interpréter et comprendre la perte de charge dans les plans mémoire.

  • Titre traduit

    Oxide SiO2 reliability study in advanced CMOS devices and non-volatile memories


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    The SiO2 dielectric reliability always involves a major interest for the new technologies integration and the development of adapted methods for oxide quality evaluation during product manufacturing. This thickness layer has not stopped to decrease and has become lower than 1. 5 nm for the most advanced technologies. The physical origin of the mechanism responsible of the breakdown for this oxide range is not still completely clarified. On the other hand, the EEPROM memories integration is faced to the mechanism of stress induced leakage current which constitutes a major problem for reliability to guarantee the data conservation during 10 years. The STMicroelectronics Rousset site is in charge of the transfer of 90nm CMOS technologies with embedded non-volatile memories in production. One of the main sector of its activity concerns automotive applications working at 150ºC. In this fundamental and applied context, this manuscript treats the oxide reliability. We have investigated two items: The ultra-thin oxide reliability (<3. 5nm) and the oxide reliability for EEPROM memories (6-8nm). We establish several conclusions concerning Si-H bond breaking mechanism allowing to explain the breakdown for thin oxides. EEPROM memory uses oxide thickness range very sensitive to the SILC mechanism. It requires a better understanding of this mechanism to interpret and understand the charge loss in memory plan. We have characterized SILC in terms of annealing, thermal activation and generation to explain intrinsic and extrinsic cells behavior classically observed in a memory plan.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XII-244 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [215]-232

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  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCT 863
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