Thèse soutenue

Croissance et caracterisation d'oxydes de grille ultra-minces (1 - 2,5 nm) pour les technologies CMOS 0. 10-0. 12 micromètres

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Auteur / Autrice : Maud Bidaud
Direction : Jean-Luc AutranKathy Barla
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Dispositifs de l’'électronique intégrée
Date : Soutenance en 2001
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

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Mots clés contrôlés

Résumé

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La réduction continuelle de l'épaisseur de l'oxyde de grille permet d'améliorer les performances des transistors MOS tout en générant des contraintes considérables : complexité croissante de la métrologie, forte augmentation du courant de fuite de grille pouvant affecter la consommation des circuits, chute brutale de la fiabilité du diélectrique, difficulté d'intégration dans les structures PMOS du fait de la diffusion du bore. Pour répondre à ces nombreuses difficultés, nous avons proposé différentes solutions technologiques de type RTP. Dans un premier temps, nous avons substitué un oxyde humide (ISSG) à un oxyde sec. Nous améliorons ainsi significativement la durée de vie du diélectrique sans modifier son courant de fuite. Une analyse électrique et physique fine nous permet d'expliquer cette amélioration par une densification du matériau. Pour réduire la fuite de grille, nous recuisons ensuite cet oxyde ISSG sous atmosphère NO. De nombreuses méthodes de quantification de l'azote nous permettent de mettre en évidence un profil d'azote localisé à l'interface Si-SiO2 et des doses maximales atteignant 3. 10 15 at. Cm-2. De plus, nous prouvons que le diélectrique ainsi formé se comporte comme une excellente barrière à la diffusion du bore et qu'il permet de réduire le courant de fuite de grille d'un facteur 4 à 8. Néanmoins, ce procédé de nitruration s'accompagne d'une ré-oxydation de l'oxyde piédestal et, de fait, implique une augmentation de son épaisseur électrique et physique et une dégradation des performances des transistors MOS. Pour s'affranchir de cet effet, nous avons introduit deux nouveaux types de nitruration plasma (RPN et DPN). Nous démontrons que ces deux procédés sont très prometteurs car permettent de réduire le courant de fuite tout en conservant l'épaisseur électrique de l'oxyde.