Étude de la dégradation et du claquage de films fins diélectriques de structures MOS et MIM soumises à de fortes contraintes électriques

par Christophe Monserie

Thèse de doctorat en Microélectronique

Sous la direction de Georges Pananakakis.

Soutenue en 1994

à Grenoble INPG .

mots clés

• Sciences appliquees
• Electronique
• Etude experimentale
• Propriete electrique
• Degradation
• Fiabilite
• Duree vie
• Couche mince
• Structure mim
• Structure mos
• Dielectrique
• Oxyde
• Na
• Hydrogene
• Nc
• Rigidite dielectrique
• Disruption electrique
• Defaut reseau
• Comportement thermique
• Irradiation
• Claquage
• Structure ono
• Creation defaut
• Experimental study
• Electrical properties
• Degradation
• Reliability
• Lifetime
• Thin film
• Mim structure
• Mos structure
• Dielectric materials
• Oxides
• Na
• Hydrogen
• Nc
• Dielectric strength
• Electric breakdown
• Lattice defect
• Thermal behavior
• Irradiation

Résumé

L'objet de ce memoire est l'etude de la degradation et du claquage des dispositifs mos et mim soumis a de forts champs electriques. Le premier chapitre decrit les bases concernant la structure des oxydes thermiques, les caracteristiques de conduction et de claquage. L'aspect statistique et les principales modelisations du claquage sont aussi presentes. Dans le second chapitre, le protocole experimental est decrit, ainsi que les moyens de contraintes et de mesures. Le troisieme chapitre rassemble nos resultats experimentaux importants. Nous decrivons tout d'abord les lois gouvernant les parametres de degradation et le claquage d'un oxyde de grille. Nous montrons en particulier qu'il existe trois plages de temperature avec une energie d'activation differente de la charge au claquage et que le taux de degradation de l'oxyde par rapport a la charge injectee a travers l'oxyde - normalisee par la charge au claquage - est independant des conditions de contrainte. Nous etudions aussi l'effet d'irradiations et de recuits. Nous mettons ensuite en relief les lois importantes reliant les divers oxydes que nous avons testes et expliquons l'origine de certaines differences. Quatre nouveaux parametres pour l'evaluation des dielectriques fins sont donnes. Ces resultats nous permettent de presenter un modele physique de la degradation des oxydes, qui met en jeu la degradation du reseau par les electrons echauffes dans l'oxyde, la diffusion d'especes hydrogenees et leur reaction avec le reseau. Dans une etape suivante, nous etudions des structures ono. Nous deduisons en particulier quelques remarques importantes de l'etude des films d'oxyde. Enfin, les consequences de notre etude sur les extrapolations de fiabilite sont presentees

Titre traduit

Study of the degradation and the breakdown of thin dielectric films in mos and mim structures stressed under high field conditions

Pas de résumé disponible.