Radio-Frequency Reliability Characterization and modeling of MOS transistor

Caractérisation et modélisation de la fiabilité des transistors MOS en Radio Fréquence

Laurent Negre (1)

1 IMEP-LAHC - Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation

Products using nowadays silicon technology are generally targeting aggressive specificationsand push the developers to determine the best compromise between performance and reliability.Main front-end degradation mechanisms are historically studied and modeled under static stressconditions and focus on the static MOS transistor parameters.With the development of product targeting high performances in the radio frequency (RF)domain, the reliability is becoming a first order concern. Thus an extension of the actual staticreliability models must be done to quantify the aging of key RF parameters under static andRF stress. In this context, this work focuses on the extension of the MOS transistor reliabilityregarding the study of RF parameters and also the application of RF stress.After describing the MOS transistor properties, the reliability aspect is introduced and theemphasis is put on the different degradation mechanisms and their associated models. Thisallows the development of an experimental setup and the required methodology to investigatethe device aging in the RF domain and to extend actual static models.

Les produits issus des technologies Silicium tendent à exploiter au maximum les performancesdes transistors MOS tout en les soumettant à des profils de mission très agressifs du point de vuede la fiabilité. Les concepteurs sont ainsi à la recherche du meilleur compromis entre performanceet fiabilité.Historiquement, l’étude de la fiabilité du transistor MOS et le développement des modèlessous jacents ont été menés sur la base de contrainte de vieillissement statique. Avec le développementdes produits à hautes performances dans le domaine de la radiofréquence (RF), laquestion de la fiabilité pour ce type d’application se pose. Ainsi, une extension des modèles defiabilité doit être réalisée afin de quantifier le vieillissement des paramètres clés RF soumis àdes contraintes statiques mais également RF. C’est cette extension de la fiabilité des transistorsMOS dans le domaine RF qui constitue le sujet de ce travail de thèse.Dans ce manuscrit, le fonctionnement du transistor MOS est décrit et sa fiabilité est introduite.Les différents mécanismes de dégradation sont étudiés et leurs modèles associés décrits.Sont ensuite présentés un banc de mesure et une méthodologie nécessaire à l’étude du vieillissementdes transistors dans le domaine RF, ainsi qu’à l’extension des modèles de fiabilité audomaine RF.

Mots clés: Reliability; Radio Frequency; MOS transistor; Model; Characterization; Quasi-static

Mots clés: Fiabilité; Radio-fréquence; Transistor MOS; Modèle; Caractérisation; Quasi-statique

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Laurent Negre. Caractérisation et modélisation de la fiabilité des transistors MOS en Radio Fréquence. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Grenoble, 2011. Français. ⟨NNT : 2011GRENT126⟩. ⟨tel-01688483⟩