Etude de la fiabilité porteurs chauds et des performances des ...

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Thierry DI GILIO
III.1.3 Influence de l’épaisseur de l’isolant de Grille
Pendant le fonctionnement du dispositif, le champ électrique Fox à travers l’oxyde de Grille
peut être assez élevé pour que les porteurs soient injectés dans l’oxyde, entraînant de ce fait des
courants de fuite ou dans le pire des cas, des dommages irréversibles. Dans le cas des courants
de fuite, le dispositif peut continuer à fonctionner mais à un niveau de performances inférieur;
en effet, quand l’oxyde est moins isolant, le contrôle par la tension de Grille de la charge d’in-
version dans le canal diminue. Dans le cas des dommages irréversibles, le dispositif cesse de
fonctionner quand l’oxyde devient conducteur : la grille ne commande plus du tout la charge
dans le canal.
En plus de l’injection de porteurs due à la génération HC, discutée dans la section pré-
cédente, les porteurs peuvent également être injectés dans l’oxyde de Grille par effet tunnel
Fowler-Nordheim (FN) ou Direct (DT) [11] (les phénomènes tunnel sont également discutés
en annexe). Le claquage de l’oxyde, ou "breakdown" (BD) se produit à des champs électriques
à partir de 10MV/cm et se caractérise d’abord par un affaiblissement de la propriété isolante
de l’oxyde dû au courant tunnel suivi de la création d’un chemin fortement conducteur entre le
Substrat et le contact de Grille [11]. Le BD peut être classé dans deux catégories :
1. le claquage intrinsèque, qui se produit en l’absence de défauts, habituellement aux champs
électriques élevés Fox > 10MV/cm.
2. le claquage extrinsèque, inhérent aux défauts dans l’oxyde. Tous ces défauts, qui incluent
la contamination au sodium, les contaminations métalliques, la rugosité de surface, et les
amincissements localisés de l’oxyde, sont liés au processus de fabrication de l’oxyde de
Grille et/ou aux processus qui précèdent ou suivent la formation du film d’oxyde [11].
Plusieurs mécanismes de claquage intrinsèque ont été proposés depuis quelques années
[15, 16, 17]. Dans l’un d’entre eux, et certainement le plus représentatif, si la charge posi-
tive ou négative emprisonnée dans l’oxyde atteint une valeur critique, le courant de fuite tunnel
augmente sensiblement, pouvant mener au claquage [18]. Le claquage se produit quand la den-
sité de pièges atteint une valeur critique : un chemin conducteur local (constitué par les pièges)
relie alors le contact de Grille au Substrat de silicium. On explique sa formation par le concept
de percolation illustré sur la Fig. III.4. Il a été observé que la densité critique de pièges néces-
saires pour claquer l’isolant diminue avec son épaisseur [18]. Pour ces modèles, la probabilité
de claquage augmente avec le champ électrique et/ou avec la diminution de Tox.
Puisque le claquage extrinsèque est lié aux défauts présents dans l’oxyde après fabrication,
il est impératif de bien maîtriser les quantités de défauts induits par les étapes de fabrication.
Ce problème est d’autant plus critique que l’isolant est mince. Les concentrations de défauts
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