Mise au point d'un dispositif expérimental pour l’étude des structures MOS : Application à l’étude du vieillissement des TMOS microniques par la technique de pompage de charge

= Development of an experimental apparatus for MOS structures study : application to the study of micronic TMOS aging by the charge pumping technique

• Auteur / Autrice : Farid Djahli
• Direction : Bernard Balland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Porteurs chauds

Semiconducteurs -- Jonctions

MOS (électronique)

Résumé

Après quelques rappels sur les différentes techniques des mesures et des caractérisation des transistors MOS vieillis, en particulier la technique de pompage de charge que nous avons adaptée à notre dispositif expérimental, nous effectuons une étude critique des différents modèles de dégradation des TMOS qui nous ont permis d expliquer nos résultats expérimentaux. Nous décrivons ensuite les détails de réalisation du dispositif expérimental que nous avons mis au point. Ce dispositif, prévu pour l'étude des TMOS, permet la caractérisation de n'importe quelle structure MOS dans une très large gamme de température (77K-400K). Nous présentons enfin la méthode d'extraction paramètres du TMOS vieilli, ainsi que les résultats expérimentaux de vieillissement obtenus sur deux séries différentes de TMOS microniques a canal N, soumis à différents types de contraintes électriques. Ces résultats ont permis d'observer un comportement inhabituel de la transconductance après un vieillissement de courte durée sous forte tension de drain. De même, pour des durées de contraintes plus longues, la tension de seuil présente un comportement particulier. Les mesures de pompage de charge nous ont permis de montrer le caractère non uniforme et très localisé des dégradations engendrées par l'injection de porteurs chauds dans l'oxyde de grille. Nous montrons que le phénomène de piégeage d’électrons et la génération d’états d interface dépendent des conditions des contraintes et des dimensions des transistors.

After some recalls on different measurement ans characterization techniques of MOS transitor aging, in particular the charge pumping technique that have adapted at our experimental apparatus, we carry out critical study of different TMOS degradation models which have allowed us to explain our experimental results. We describe then the details on the experimental apparatus that we have tuned up. This apparatus, provided for the MOS study, allows the characterization of any MOS structure into a very wide temperature range (77K-400K). We present finally the extraction method of aged TMOS parameters as well as the aging experimental results obtained on two different series of N-channel micronics TMOS, submitted to various electrical stresses. These results bave permitted to observe an unusual trans conductance behavior after a short time aging under strong drain bias. Likewise, for longer stress times the threshold voltage present a particular behavior. The charge pumping measurements have allowed us to show a non-uniform and very localized Si-Si02 interface degradation induced by hot carrier injection into the gate oxide. We show that the electron trapping phenomenon and the interface state generation depend on the stress conditions and transistor sizes