Contribution à l'amélioration de méthodes de caractérisations électriques de structures MIS (Au/BN/InP) et MOS

Contribution to the improvement of electrical characterization methods of MIS (Au/BN/InP) and MOS structures

• Auteur / Autrice : Adil Koukab
• Direction : Armand Bath
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

MIS (électronique)

MOS (électronique)

Résumé

Le contrôle des propriétés électriques des structures mis est une étape primordiale dans le développement de la filière misfet. Le présent travail s'inscrit dans le contexte général de l'amélioration des méthodes de caractérisation des structures MIS. La première partie de la thèse concerne des structures MIS (au/bn/inp) élaborées par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma rf ou micro-onde (pecvd). Une étude préliminaire de ces structures a révélé l'existence de certaines anomalies (essentiellement : la variation du profil de dopage dans le substrat et la présence de charges mobiles dans l'isolant) qui rendent souvent problématique l'évaluation de la distribution des états d'interface par les méthodes capacitives classiques. Nous avons mis au point une méthode, dite méthode BTS modifiée (contrainte tension température), qui permet de s'affranchir de ces problèmes, conduisant à une évaluation plus précise de la densité des états d'interface. Les résultats obtenus par cette méthode BTS modifiée sont comparés à ceux déduits des caractéristiques capacité-tension (analyse de terman) et des mesures DLTS. Nous avons examiné ensuite l'influence, néfaste, des états d'interface sur la détermination du profil de dopage des structures MIS. Une adaptation de la méthode capacitive, permettant de minimiser cette influence, a été proposée. De plus, nous avons montré qu'à l'aide de cette même technique on peut déterminer simultanément les densités et les signes des charges fixes et mobiles dans l'isolant, le phénomène de dispersion fréquentielle qui affecte nos mesures c-v a été aussi étudié. Dans la deuxième partie, nous proposons une nouvelles méthode pour déterminer la concentration n#s des atomes de dopage en surface et la tension de bande plates v#f#b, pour des structures MOS (SiO2/Si) implantées. D'autre part nous proposons une nouvelle approche permettant d'extraire la capacité de l'isolant des structures mos submicroniques, à partir de mesures capacitives au voisinage du régime de bandes plates. Cette recherche est motivée par la tendance actuelle à la miniaturisation extrême de ces dispositifs, qui a augmenté le besoin de développer la précision des méthodes permettant leur caractérisation. Nos méthodes ont été appliquées et validées sur des structures simulées par le logiciel atlas ii (version pisces de silvaco)

The control of the electrical properties of MIS systems is an important step for the development of MISFET devices. The aim of the present work is to improve the electrical characterisation techniques for MIS structures. In the first section of this thesis, the electrical performance of MIS capacitors made on n-type InP substrates, with boron nitride as an insulator (Au/BN/InP), has been studied. RF and microwave plasma-enhanced CVD (PECVD) techniques are used for the deposition of the dielectric. It is shown that some observed anomalies (essentially : the impurity redistribution in the substrate and mobile charges in the insulator) often affect interface states distributions evaluated by conventional capacitance methods. To avoid these limitations, we have developed a new method, based on modified BTS (bias temperature stress) measurements, to determine the density of interface traps D(it). The interface states distributions obtained by this technique have been compared to those obtained from capacitance-voltage (terman analysis) and DLTS measurements. We have then examined the influence to interface states in doping profile determination. An adaptation of the capacitance method, allowing the elimination of the profile distortion due to this influence, has been proposed. Furthermore it has been shown our method we can determine the signs and concentrations of mobile and fixed charges in the insulator. The observed frequency dispersion phenomena have been discussed. In the second section, we propose a new method to determine the surface doping concentration N(s), and flat-band voltage Vfb, for implanted MOS (SiO2/Si) structures. A technique to extract the insulator capacitance Ci, from C-V characteristics near flat band conditions, is also proposed. This research is motived by the trend to scale MOSFET's to deep submicron channel length, which increases the accuracy needed in modelling and measurement of these devices. Our methods are illustrated and validated by application on simulated MOS structures, using the 2D devices simulator ATLAS II (PISCES version of SILVACO)