Etude à l'échelle nanométrique par sonde locale de la fiabilité de diélectriques minces pour l'intégration dans les composants microélectroniques du futur

摘要

Afin de pouvoir continuer la miniaturisation de la brique de base des circuits électroniques, le transistor MOS, l introduction d oxyde de grille à haute permittivité était inévitable. Un empilement de type high-k/grille métal en remplacement du couple SiO2 /Poly-Si est introduit afin de limiter le courant de fuite tout en conservant un bon contrôle électrostatique du canal de conduction. L introduction de ces matériaux pose naturellement des questions de fiabilité des dispositifs obtenus et ce travail s inscrit dans ce contexte. Afin de réaliser des mesures de durée de vie sans avoir à finir les dispositifs, une méthode utilisant le C-AFM sous ultravide est proposée. Le protocole expérimental repose sur une comparaison systématique des distributions des temps de claquage obtenues à l échelle du composant et à l échelle nanométrique. La comparaison systématique des mesures s avère fiable si l on considère une surface de contact entre la pointe et le diélectrique de l ordre du nm . Des distributions de Weibull présentant une même pente et un même facteur d accélération en tension sont rapportées montrant une origine commune pour le mécanisme de rupture aux deux échelles.Une résistance différentielle négative, précédant la rupture diélectrique, est rapportée lors de mesures courant tension pour certaines conditions de rampe. Ce phénomène de dégradation de l oxyde, visible grâce au C-AFM , est expliqué et modélisé dans ce manuscrit par la croissance d un filament conducteur dans l oxyde. Ce même modèle permet aussi de décrire la rupture diélectrique.Finalement, l empilement de grille bicouche du noeud 28nm est étudié. Une preuve expérimentale montrant que la distribution du temps de claquage du bicouche est bien une fonction des caractéristiques de tenue en tension propres de chaque couche est présentée.