Soutenance de thèse de Carlos SUAREZ SEGOVIA

Cette thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation électrique et physico-chimique des grilles métalliques des dispositifs FDSOI MOSFET 14 nm à base d’oxyde high-K, fabriqués chez STMicroelectronics. Ces grilles métalliques sont composées de couches de TiN, lanthane et aluminium, déposées par pulvérisation cathodique RF.
Des structures de test et un schéma d’intégration simplifié permettant l’analyse capacitive ont été mis en place pour caractériser la modulation du travail de sortie effectif des grilles métalliques en TiN avec l’incorporation d’additifs tels que le lanthane ou l’aluminium. Ces additifs ont été incorporés suivant une approche de grille sacrificielle. Par ailleurs, une méthodologie inédite basée sur la fluorescence X a été proposée et validée pour la caractérisation précise en ligne de la diffusion des additifs. Cette méthodologie permet de prouver que la dose effective de l’espèce incorporée après recuit de diffusion peut être modélisée en fonction de l’épaisseur du TiN piédestal dans la grille sacrificielle ainsi que de la température de recuit. De plus, la variation de l’épaisseur de l’oxyde interfaciel sur une seule plaquette (oxyde biseau) autorise l’identification de l’origine physique de la modulation du travail de sortie effectif, qui s’explique par un dipôle qui évolue avec la dose effective de l’espèce incorporée. En conséquence, des équations empiriques de la diffusion des dopants dans l’oxyde de grille et de leur impact sur le travail de sortie effectif des grilles métalliques ont été proposées afin de moduler avec précision la tension de seuil (VTH) des dispositifs FDSOI 14 nm. En outre, l’impact de l’oxyde high-K à la fois sur la diffusion des additifs et sur la modulation du travail de sortie effectif a été mis en évidence.
Enfin, un procédé innovant de dépôt métallique, permettant la modification de la microstructure du TiN, a été développé afin de réduire davantage la variabilité locale de la tension de seuil VTH des dispositifs FDSOI.

Mots-clés: grille métallique, travail de sortie, diffusion de dopants, lanthanum, aluminium, spectroscopie de rayons X, variabilité locale du VTH, pulvérisation cathodique RF

Membres des  jury :
Catherine DUBOURDIEU, Directeur de Recherche, INL Ecole Centrale de Lyon : Président
Nathalie MALBERT, Professeur, IMS Université de Bordeaux: Rapporteur
Brice GAUTIER, Professeur, INSA de Lyon :Rapporteur
Florian DOMENGIE, Ingénieur, STMicroelectronics: Examinateur
Charles LEROUX, Ingénieur, CEA-LETI-MINATEC: Examinateur
Gerard GHIBAUDO, Directeur de Recherche, IMEP-LAHC: Directeur de Thèse