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Theses

Impact of 14/28nm FDSOI high-k metal gate stack processes on reliability and electrostatic control through combined electrical and physicochemical characterization techniques

Résumé : Cette thèse concerne l’étude des procédés de fabrication des grilles HKMG des technologies FDSOI 14 et 28 nm sur les performances électriques des transistors MOS. Elle a porté spécifiquement sur l'aspect fiabilité et la maîtrise du travail de sortie effectif (WFeff), au travers de la diffusion des additifs comme le lanthane (La) et l’aluminium (Al). Ce travail combine des techniques de caractérisation électriques et physico-chimiques et leur développement. L'effet de l'incorporation de ces additifs sur la fiabilité et la durée de vie du dispositif a été étudié. Le lanthane dégrade les performances de claquage TDDB et de dérives suite aux tests aux tensions négatives. L’introduction d’aluminium améliore le claquage TDDB, mais dégrade les dérives aux tensions positives. Ces comportements ont été reliés à des mécanismes physiques. Par ailleurs, la diffusion de ces additifs dans l’empilement de grille a été étudiée pour différents matériaux high-k en fonction de la température et de la durée de recuit de diffusion. Les doses d’additifs ont pu être ainsi mesurées, comparées et corrélées au décalage de travail de sortie effectif de grille. On a également étudié, les influences des paramètres du procédé de dépôt de grille TiN sur leur microstructure et les propriétés électriques du dispositif, identifiant certaines conditions à même de réduire la taille de grain ou la dispersion d’orientation cristalline. Toutefois, les modulations obtenues sur le travail de sortie effectif de grille dépendent plus du ratio Ti/N, suggérant un changement du dipôle à l'interface SiO2 / high-k. Enfin, une technique éprouvée de mesure de spectroscopie à rayon X sous tension a pu être mise en place grâce des dispositifs spécifiques et une méthodologie adaptée. Elle permet de mesurer les positions relatives des bandes d’énergie à l'intérieur de l’empilement de grille. Cette technique a démontré que le décalage du travail de sortie effectif induits par des additifs (La or Al) ou par des variations d'épaisseur de grille métallique TiN provient de modifications du dipôle à l'interface SiO2/ high-k.
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https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02169583
Contributor : Abes Star :  Contact
Submitted on : Monday, July 1, 2019 - 12:31:42 PM
Last modification on : Monday, July 20, 2020 - 9:12:08 AM

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KUMAR_2018_diffusion.pdf
Version validated by the jury (STAR)

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  • HAL Id : tel-02169583, version 1

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Pushpendra Kumar. Impact of 14/28nm FDSOI high-k metal gate stack processes on reliability and electrostatic control through combined electrical and physicochemical characterization techniques. Micro and nanotechnologies/Microelectronics. Université Grenoble Alpes, 2018. English. ⟨NNT : 2018GREAT114⟩. ⟨tel-02169583⟩

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