Étude du travail de sortie pour les empilements nanométriques diélectrique haute permittivité / grille métallique

Study of the metal gate work function in nanometric high-k/Metal gate stacks

• Auteur / Autrice : Matthieu Charbonnier
• Direction : Gérard Ghibaudo, Charles Leroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés libres

Dielectriques High-k

Résumé

Cette thèse traite de l’étude des variations du travail de sortie effectif du métal de grille dans les empilements High-κ / Grille métal. Pour ce faire, nous avons étudié et développé des techniques de caractérisation électrique dont, notamment, l’étude de la réponse capacitive des structures MOS et la mesure du courant de photoémission interne. Ces techniques nous ont permis d’isoler les différentes composantes du travail de sortie effectif du métal de grille. Nous avons ainsi démontré que le ces variations viennent principalement d’un dipôle à l’interface High-κ / SiO2. De plus, nous avons mis en évidence une forte réduction du travail de sortie effectif des grilles P pour les faibles épaisseurs de SiO2 (Roll-Off) qui est, elle aussi, due à un dipôle à cette même interface. Enfin, nous avons étudié l’impact des procédés de fabrication sur ce dipôle puis, plus généralement, sur le travail de sortie effectif des grilles.

In this PhD report, we study the variations of the effective metal work function in High-k metal gate devices. To perform this analyse, we have firstly studied and developed electrical characterisation techniques and especially the analyse of the capacitive response of MOS structure and the measurement of the internal photo-emission current. These methods have allowed us isolating the different components influencing the effective metal gate work function. Using these methods, we have demonstrated that these variation mostly originate from a dipole at the High-k / SiO2 interface. Moreover, we have evidenced a reduction of effective work function for P type metal gates. This phenomenon also originate from a dipole at the same interface. Finally, we have studied the influence of fabrication processes on this dipole and, more genarally, on the effective metal gate work function.