Etude des propriétés électriques d’empilements high-K/grille métal en vue de leur intégration dans les dispositifs CMOS-sub 45 nm

par Jérôme Mitard

Thèse de doctorat en Micro et nano-électronique

Sous la direction de Gérard Ghibaudo.

Soutenue en 2006

à Grenoble INPG .

mots clés

• Micro et nano-électronique

Résumé

Ces travaux de recherche se concentrent autour de la caractérisation électrique des transistors MOS High-K/: métal. Tout d'abord, nous avons abordé successivement la stabilité de l'EOT correspondant à ces empilemen caractérisation 1er niveau des défauts liés à l'oxyde et l'analyse de la conduction. Ensuite, nous nous son intéressés à des défauts électriques spécifiques engendrant un phénomène particulièrement gênant, mieux 0 sous le nom de PB TI. Après la mise en place d'une technique de caractérisation innovante, notre étude m avant différentes catégories de défauts selon qu'ils sont réversibles ou non réversibles. Nous nous sommes en focalisés sur la modélisation des pièges réversibles. Les mécanismes de piégeage/ dépiégeage mis en jeu or identifiés et les caractéristiques physiques des défauts extraites. Enfin, nous avons investigué la vari incontrôlée de la tension de bande plate par le biais d'une expérience de photo-émission interne.

Titre traduit

Study of electrical properties of high-k/metal gate stacks for the 45nm technology generation and beyond

Résumé

This work concerns the study of electrical properties of advanced transistors integrating High-KImetal materials. We addressed in a first part, the basic characterization of these stacks especially EûT thermal star first-level defects characterization and conduction analysis. We are also interested in electrical defects resultin! phenomenon named Positive Bias Temperature Instability (PB TI). To make an intensive investigation of parasitic effect, we have introduced a new time resolved characterization technique evidencing different categ of PBTI defects depending on reversible or irreversible behavior. Afterwards, we focused on the modelir reversible traps. After an accurate identification of charging and discharging mechanisms, a SRH model led extract traps physical properties. Finally, we have investigated another phenomenon resulting in an uncontr flat band voltage with an electrical and optical technique based on InternaI Photo-Emission.