Étude des modifications morphologiques induites par un ion lourd unique sur des structures SiO2-Si : fiabilité des dispositifs MIS

Morphological modifications induced by an heavy ion in silicon dioxide on silicon structures : metal-insulator-semiconductor devices reliability

• Auteur / Autrice : Mathias Marinoni
• Direction : Philibert Iacconi, Jean Gasiot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

MOS (électronique)

Irradiation

Ions lourds

Systèmes embarqués (informatique)

Mots clés libres

Oxyde de grille

Résumé

Les travaux présentés dans ce manuscrit se placent du point de vue de la fiabilité des dispositifs MOS embarqués dans les applications spatiales, face à la contrainte radiative exercée par les ions lourds. L’approche novatrice de cette étude est symbolisée par la prise en compte de la réponse du matériau à l’irradiation, afin d’apporter des éléments de réponse utiles à la compréhension des phénomènes physiques qui conduisent à l’apparition d’effets qui peuvent altérer le fonctionnement des dispositifs, avec en particulier la diminution de la durée de vie des composants. Les travaux entrepris ont permis de proposer une origine physique à la formation de défauts latents, induits par les ions lourds. En effet, au travers d’expériences en recuit thermique et en stress électrique, nous avons montré que les modifications structurelles observées dans du dioxyde de silicium après une irradiation par des ions lourds pourraient agir comme une contribution supplémentaire qui conduit au déclenchement prématuré du claquage de l’oxyde de grille dans les dispositifs MOS irradiés par des ions lourds. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude peuvent avoir des répercussions sur les transistors MOS de puissance, en termes d’assurance radiation et de procédures de qualification.

Heavy ion effects on the reliability of on-board satellite MOS devices have been investigated in this PhD dissertation. In order to give some elements to understand better the physical mechanisms leading to electrical effects, such as the reduction of the device lifetime, this new approach is based on the material response to heavy ion irradiation. The obtained results led to find out a physical origin to latent defects formation that is known to result in a device lifetime decrease. Using both thermal annealing experiments and electrical stress procedures, structural modifications induced by heavy ions in silicon dioxide have been shown to possibly act as an extra contribution leading to premature gate oxide breakdown of MOS devices. Those results could have implications on MOSFET devices, in terms of radiation assurance and for tests standards.