Étude des diélectriques du Pré Métal et de leurs influences sur les dispositifs actifs

Study of the Pre Metal dielectrics impact on active devices behavior

• Auteur / Autrice : Gaëlle Beylier
• Direction : Gérard Ghibaudo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques

Dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma

Nitrure de silicium

Résumé

L'objet de ce mémoire est l'étude des diélectriques du Pré Métal et de leurs influences sur les dispositifs. Parmi eux, une couche de nitrure de silicium amorphe hydrogénée dite «borderless» ou «CESL» est déposée par le procédé PECVD. Elle présente un comportement électrique singulier mis en évidence par des mesures de capacité et de courant en fonction de cycle d'hystérésis en tension. En effet, elle renferme une quantité de charges importante qui augmente avec la teneur en silicium et qui se caractérise par un état initial positif ainsi que par la capacité de ses charges à apparaître de manière cyclique sous des états positif et négatif. La présence de pièges amphotères types centres K est fortement suspectée. En raison de la proximité de cette couche avec certaines zones sensibles des dispositifs, des effets électrostatiques apparaissent et impactent la rétention d'information des mémoires flash, la dégradation des MOS à extension de drain et le courant d'obscurité des photodiodes.

This study deals with the influence of Pre Metal Dielectrics on active device performances. Among ail of them, an amorphous silicon nitride layer so called borderless or CESL is deposited by PECVD process. A distinguished electrical behavior from the other ones has been highlighted thanks to capacitance and current measurements performed by an original hysteresis voltage sweep method. This layer has a hug defect am ou nt that increases with silicon ri ch composition and characterized by an initial positive charge state and by the ability to alternatively appear under both positive and negative states due to charge trapping. The K center amphoteric defects were strongly suspected to be at the origin of this behavior. Finally, due to the proximity of this layer with some sensitive active device areas, electrostatic effects could be responsible of the flash memory data retention, the extended drain MOS aging and the imagel dark current. A CESL composition optimization is proposed.