ETUDE DES PHENOMENES DE DEGRADATION DE TYPE<br />NEGATIVE BIAS TEMPERATURE INSTABILITY (NBTI)<br />DANS LES TRANSISTORS MOS SUBMICRONIQUES DES<br />FILIERES CMOS AVANCEES - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2005

Negative-Bias Temperature Instability (NBTI) degradation phenomena in advanced CMOS technologies' submicron devices

ETUDE DES PHENOMENES DE DEGRADATION DE TYPE
NEGATIVE BIAS TEMPERATURE INSTABILITY (NBTI)
DANS LES TRANSISTORS MOS SUBMICRONIQUES DES
FILIERES CMOS AVANCEES

Résumé

CMOS transistor scaling-down involves an increase in the manufacturing complexity and brings up reliability as a serious challenge to overcome in recent node technologies. In this context, it is mandatory to characterize and model the various failure mechanisms at the transistor level. This work of thesis specifically focuses on the reliability issue called "Negative Bias Temperature Instability" (NBTI) in ultra thin gate oxide transistors.
Mechanisms lying behind NBTI are the interface traps generation, the fixed charges build-up and the hole trapping in the gate oxide. The degradation modeling proposed here predicts both the temperature and the oxide field accelerations, anticipates the recovery phenomena, while remaining in agreement with intrinsic characteristics of each defects and materials modifications.
This work of thesis opens the electrical characterization field with both tests methods and parameters extraction optimizations in ultra thin gate oxides by eliminating the recovery phenomena - an inconsistency with the conventional techniques. Thus, a new technique "on-the-fly" has been developed which makes possible the characterization and the stress in the same time using suitable pulses trains. Finally, a new methodology has been developed to take into account real transistors operations conditions, and an innovative compensation of the NBTI has been proposed for both digital and analog circuits.
La miniaturisation croissante des circuits intégrés entraîne une augmentation de la complexité des procédés de
fabrication où chaque nouvelle étape peut influer la fiabilité du composant. Les fabricants de semi-conducteurs
doivent garantir un niveau de fiabilité excellent pour garantir les performances à long terme du produit final.
Pour cela il est nécessaire de caractériser et modéliser les différents mécanismes de défaillance au niveau du
transistor MOSFET. Ce travail de thèse porte spécifiquement sur les mécanismes de dégradation de type «
Negative Bias Temperature Instability» communément appelé NBTI.
Basé sur la génération d'états d'interface, la génération de charges fixes et de piégeage de trous dans l'oxyde, le
modèle de dégradation proposé permet de prédire les accélérations en température et en champ électrique,
d'anticiper les phénomènes de relaxation, tout en restant cohérent avec les caractères intrinsèques de chaque
défauts et les modifications des matériaux utilisés.
Ce travail de thèse ouvre le champ à de nouvelles techniques d'analyse basées sur l'optimisation des méthodes
de tests et d'extraction de paramètres dans les oxydes ultra minces en évitant les phénomènes de relaxation qui
rendent caduques les techniques conventionnelles. Ainsi, une nouvelle technique dite « à la volée » a été
développée, et permet d'associer à la fois la mesure et le stress accéléré à l'aide de trains d'impulsions
appropriés.
Finalement, une nouvelle méthodologie est développée pour tenir compte des conditions réelles de
fonctionnement des transistors, et une approche novatrice de compensation du NBTI est proposée pour des
circuits numériques et analogiques.
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Dates et versions

tel-00011973 , version 1 (17-03-2006)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00011973 , version 1

Citer

Mickael Denais. ETUDE DES PHENOMENES DE DEGRADATION DE TYPE
NEGATIVE BIAS TEMPERATURE INSTABILITY (NBTI)
DANS LES TRANSISTORS MOS SUBMICRONIQUES DES
FILIERES CMOS AVANCEES. Analyse de données, Statistiques et Probabilités [physics.data-an]. Université de Provence - Aix-Marseille I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00011973⟩
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