Further information
References : Friday the 26th November 2010 - PHELMA Minatec, 3 Parvis Louis Néel, Grenoble, Amphitheater M001
Sources : Etude de la conduction électrique dans les diélectriques à forte permittivité utilisés en microélectronique .
Author(s) : Thesis prepared in the laboratory IMEP-LAHC and the CEA-LETI Minatec supervised by M Raphaël CLERC and M Charles LEROUX .
ABSTRACT :
A partir du noeud technologique 45 nm, le remplacement de l'oxyde de grille SiO2 par un diélectrique high-k est nécessaire pour poursuivre la loi de Moore : l'introduction d'un tel matériau permet de maintenir une capacité de grille élevée tout en limitant le courant de fuite parasite à travers la couche diélectrique. Toutefois, les mécanismes physiques à l'origine de la réduction de courant restent méconnus.
Ce manuscrit présente une étude complète de la conduction électrique dans un empilement oxyde d'interface - high-k - grille métallique. Nous présentons dans un premier temps la modélisation Poisson-Schrödinger développée pour rendre compte de l'effet de confinement à l'interface du Silicium, prenant en compte la pénétration de charge dans l'empilement et traitant de la non-parabolicité de la bande de valence. Une étude expérimentale étendue met ensuite en évidence les mécanismes physiques à l'origine de la conduction, en s'appuyant sur un ensemble de caractéristiques Ig(Vg) et C(Vg) d'empilements d'épaisseurs variables, mesurées à basse et haute température. Des approches originales pour modéliser le transport permettent également d'établir les paramètres tunnel et la structure de bande du HfO2, tout en soulignant la nature sous-stoechiométrique de l'oxyde d'interface. Enfin, ces résultats sont appliqués à l'étude de la conduction dans des empilements high-k avec additifs Lanthane et Magnésium, et mettent en évidence la formation d'un dipôle contribuant à diminuer la tension de seuil.