Contribution au Développement de Méthodes Électriques pour la Caractérisation de la Dégradation NBTI

Abstract

La miniaturisation des composants microélectroniques a engendré une réduction accélérée de l’épaisseur du diélectrique de la grille des transistors.Avec cette réduction des dimensions,la fiabilité des transistors devient critique,d’un nœud technologique à un autre,en termes de prédiction de durée de vie.Parmi les aspects critiques,la dégradationNBTI/PBTI(Negative/Positive Bias Temperature Instability)qui représente l’un des défis majore en termes de fiabilité.Cette dégradation est induite par la création des pièges dans le diélectrique de la grille et à l’interface substrat/diélectrique ainsi que leurs charge et décharge.Leur étude et modélisation sont devenues cruciales dans le contexte actuel de l’industrie microélectronique. Cette thèse s’appuie sur les méthodes électriques pour l’étude et la caractérisation expérimentale de la dégradation NBTI/PBTI.Pour se faire,nous avons,en premier lieu, étudié les pièges d’interface induits par le stress BTI par la technique OTFIT(on-the-fly interface trap),où un modèle,basé sur le processus réaction-diffusion(RD) comprenant des espèces H +,H et H2,a été proposé et démontré.En second lieu,nous avons évalué la dégradation de mobilité,induite par le NBTI stress,estimée en utilisant la composante géométrique du pompage de charge(CP).De plus,nous avons mise en œuvre des techniques de mesures basées sur un temps de mesure(délai)court. Ainsi,nous avons implémenté une technique rapide d’Id-Vg pour la caractérisation du NBTI avec un temps de mesure des paramètres de 10 µs.Enfin,nous avons aussi étudié l’impact des dimensions des transistors FinFET sur la dégradation BTI,où nous avons exploité la technique eMSM(extended Measure-Stress-Measure)à cause de son temps de mesure(1ms)et de la quantité d’information offre qu’elle capture sur le comportement BTI.Nous avons montré que les transistors FinFET avec des ailerons plus hauts sont moins affectés par le stress NBTI que ceux ayant des ailerons plus bas.Nous pensons que cela est lié à une défectuosité plus élevée dans les coins des ailerons.De plus,les ailerons moins hauts par rapport à ceux plus hauts.Le PBTI montre une tendance similaire à celle du NBTI concernant l’augmentation de la hauteur des ailerons, bien qu’il montre peu de dépendance avec la température.