Caractérisation de la mobilité des porteurs et des défauts d’interface dans les substrats SOI avancés

Carrier mobility and interface states characterization in advanced SOI substrate

• Auteur / Autrice : Gaëlle Hamaide
• Direction : Sorin Cristoloveanu, Frédéric Allibert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique (Grenoble ; 2001-2007)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Bonnaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dieter K. Schroder, Mikaël Cassé
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Bonnaud, Daniel Barbier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés -- Passivation

États électroniques de surface

Transistors en couches minces

MOS (électronique)

Technologie silicium sur isolant

Mots clés libres

Silicium sur isolant (SOI)

Pseudo-MOSFET

Mobilité

Etats d'interface

Passivation

Films minces

Transistor MOS

Silicon on insulator (SOI)

Pseudo-MOSFET

Mobility

Interface states

Passivation

Thin films

MOS transistor

Résumé

La miniaturisation des transistors requiert des substrats SOI présentant des films de silicium de plus en plus minces. Ce travail présente une étude approfondie des effets de cette réduction d'épaisseur sur les résultats de mesure pseudo-MOSFET, technique reconnue pour la caractérisation électrique du SOI. Après avoir présenté l'évolution des technologies SOI et les spécificités des dispositifs, nous donnons les principes de base des techniques de caractérisation physique et électrique utilisées pour ces travaux. En utilisant différentes méthodes de passivation d'interfaces (croissance d'oxyde thermique, recuit basse température, traitement chimique de surface), nous avons identifié les mécanismes physiques responsables de la dégradation apparente des paramètres électriques avec la réduction d'épaisseur du film. Une comparaison des résultats de mesures transistors et pseudo-MOSFET est effectuée. L'ensemble des résultats expérimentaux permet d'aboutir à un modèle pseudo-MOSFET révisé de mobilité et de densité d'états d'interface. Enfin, nous avons affiné la compréhension physique du rôle des interfaces du SOI sur la conduction pseudo-MOSFET et évalué la validité du modèle pour différentes qualités d'interface et des substrats SOI extra fins.

With the transistor downscaling, SOI substrate's silicon film becomes thinner and thinner. This work deals with thickness reduction effect on results obtained from pseudo-MOSFET measurements. Pseudo-MOSFET is a known electrical characterization method dedicated to SOI substrate. After presenting SOI process evolution and SOI transistors particularities, we explain physical and electrical characterization techniques used in this work. By using different interface passivation methods (thermal oxide growth, low temperature anneal, surface chemical treatment), we have identified physical mechanisms responsible for apparent electrical parameter degradation with silicon film thickness reduction. We have compared transistors and pseudo-MOSFET results. A revised pseudo-MOSFET mobility and interface state model has been developed from experimental data. Finally, we have improved physical understanding of SOI interfaces impact on pseudo-MOSFET conduction and we have evaluated model validity for different interface qualities and extra thin films.