Croissance et caractérisations de couches minces d'oxydes à constante diélectrique élevée sur silicium : Etude de la sensibilité de condensateurs MOS aux rayonnements ionisants

par Minh-Tri Ta

Thèse de doctorat en Electronique, microélectronique et nanoélectronique

Sous la direction de Bertrand Boudart.

Soutenue en 2009

à Caen .


  • Résumé

    Ce travail est consacré à la croissance sur substrat de silicium de films minces d’oxydes d’yttrium (Y2O3) et l’oxyde de cérium (CeO2). La technique de dépôt utilisée est la pulvérisation cathodique RF magnétron. Y2O3 est déposé à partir d’une cible d’yttrium métallique, la pulvérisation s’effectuant à partir d’un mélange gazeux Argon / Oxygène. Les couches minces d’oxyde de cérium sont obtenues par pulvérisation d’une cible de CeO2 par de l’Argon. La température de croissance est comprise entre 200 °C et 800 °C. Le recuit éventuel des films d’oxyde est effectué soit par un recuit thermique conventionnel, soit par une technique de recuit rapide. Dans un 1er temps, nous présentons, en fonction des paramètres de croissance, les propriétés structurales extraites de mesures de diffraction de rayons X et de spectroscopie Raman. Dans un 2e temps sont exposés les résultats des mesures électriques de type capacité-tension effectués sur les condensateurs de type MOS à base des couches d’Y2O3 et de CeO2. Leur analyse permet de qualifier et quantifier les défauts électriquement actifs que sont les charges dans l’oxyde et les états à l’interface oxyde / silicium, dont la densité dépend des conditions de croissance et de recuit. Finalement, une étude de la sensibilité de ces dispositifs aux rayonnements gamma et aux neutrons est présentée. Une corrélation est faite entre la qualité cristalline des couches minces, la densité de charges tant dans l’oxyde qu’à l’interface oxyde/silicium et la sensibilité des dispositifs. Ces résultats montrent en particulier que pour les condensateurs à base d’Y2O3, des densités de défauts importantes confèrent une plus grande sensibilité aux rayons gamma

  • Titre traduit

    Growth and characterization of high-k oxides on silicon : Study of ionizing radiation effect on MOS capacitors


  • Résumé

    This work is devoted to the growth on oxide thin film silicon substrate of elements of the family of rare earths, the yttrium oxide (Y2O3) and cerium (CeO2) oxidizes it. The technique of deposit used is r. F. Magnetron sputtering (13. 56 MHz). The yttrium oxide is deposited starting from a metal yttrium target, pulverization being carried out starting from a gas mixture Argon/Oxygen. The thin layers of cerium oxide are obtained by pulverization of a target of CeO2 by Argon. The temperature of growth lies between 200 °C and 800 °C. The possible annealing of oxide films is carried out either by a conventional thermal annealing, or by a fast technique of annealing. In the beginning, we present, according to the growth’s parameters, the structural properties extracted from measurements of x-rays diffraction and Raman spectroscopy. Then, we present the results of the electrical measurements (capacity-tension mode) taken on the MOS capacitors containing the Y2O3 or CeO2 layers. Their analysis makes it possible to qualify and to quantify the active defects electrical that are the charge in oxide and the states in the interface oxidizes/silicon, of which the density depends on the growth and annealing conditions. Finally, a sensitivity study of these devices with the gamma rays and with the neutrons is presented. A correlation is made between the crystalline quality of the thin film, the charge density as well in oxide as with the interface/silicon oxidizes, and the sensitivity of the devices. These results show in particular that for the capacitor containing Y2O3 layer, with the important densities of defects confer a very high sensitivity to the gamma rays.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (XVII-248 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.229-248. Index

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  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2009-49
  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2009-49bis
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