Elaboration et caractérisation des grilles métalliques pour les technologiesCMOS 32 / 28 nm à base de diélectrique haute permittivité

Metal gate manufacturing and characterization for high-k based 32/28nm CMOS technologies

• Auteur / Autrice : Sylvain Baudot
• Direction : Gérard Ghibaudo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nano électronique et nano technologies
• Date : Soutenance le 26/10/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Brice Gautier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Caubet, Charles Leroux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivier Bonnaud, Michel Houssa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés électriques

Oxydes métalliques

Mots clés libres

CMOS

Grille métallique

Diélectrique high-k

TiN

Lanthane

Aluminium

CMOS

Metal gate

High-k dielectric

TiN

Lanthanum

Aluminum

Résumé

Cette thèse porte sur l'élaboration et la caractérisation des grilles métalliques en TiN, aluminium et lanthane pour les technologies CMOS gate-first à base d'oxyde high-k HfSiON. L'effet de l'épaisseur et de la composition des dépôts métalliques a été caractérisé sur les paramètres de la technologie 32/28nm. Ces résultats ont été reliés à une variation de travail de sortie au vide du TiN, à des dipôles induits par l'Al et le La à l'interface HfSiON/SiON et à leur diminution aux petites épaisseurs de SiON (roll-off). Nous avons montré que l'aluminium déposé sous forme métallique dans le TiN cause une diminution de son travail de sortie, opposée au faible dipôle positif induit par l'Al. Nous avons évalué l'influence du roll-off pour ces différents métaux et mis en évidence pour la première fois sa forte dépendance avec l'épaisseur de lanthane déposée. Le développement de procédés de dépôt de TiN, Al, La a permis d'accroître les bénéfices de ces matériaux pour la technologie CMOS 32/28nm.

This thesis is about the manufacturing and the characterization of TiN, aluminum and lanthanum metal gate for high-k based 32/28nm CMOS technologies. The effect of metal gate layer thickness and composition has been characterized on 32/28nm technology parameters. These results have been related to a change in the TiN vacuum work function, to Al- and La- induced dipoles at the HfSiON/SiON interface or their lowering on thin SiON (roll-off). We have shown that metallic aluminum introduced in the TiN metal gate causes a work function lowering, opposed to the weak Al-induced dipole. We have evaluated the roll-off influence for theses different metals. For the first time we report the strong roll-off dependence with the deposited lanthanum thickness. Newly developed TiN, Al, La deposition processes have brought benefits for the CMOS 32/28nm technology