Soutenance de thèse de Pushpendra KUMAR

Mercredi 19 Décembre 2018 à 10h

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.

Membres du Jury :

• Mr Gérard Ghibaudo, Docteur d'état à l'IMEP-LAHC : Directeur de thèse
• Mme Mireille Mouis, Directeur de recherche à l’IMEP-LHC : Président
• Mme Nathalie Labat, Professeur au laboratoire IMS-Bordeaux : Rapporteur
• Mr Brice Gautier, Professeur à l’INSA-Lyon:  Rapporteur
• Mr Florian Domengie, Docteur-Ingénieur à ST Microelectronics :Co-encadrant de thèse
• Mr Charles Leroux, Docteur-Ingénieur au CEA-LETI : Co-encadrant de thèse