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

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Conclusion
Chapitre III
Dans ce chapitre nous avons comparé les dégradations suivant différentes configurations
possibles d’injections de porteurs chauds, pour une gamme d’oxydes de Grille comprise entre
12nm et 2.1nm. Nous avons réalisé de nombreux stress sur l’ensemble des trois technologies
à notre disposition. L’analyse de ces expérimentations a pu être réalisée à l’aide de l’ensemble
des techniques décrites au chapitre II. Cette étude nous a permis de conclure que la réduction
de l’oxyde de Grille au fil de l’évolution des filières CMOS a pour conséquences principales:
• L’augmentation des courants de porteurs faiblement énergétiques à travers la Grille, qui
s’avèrent fortement dégradants dans le cas des trous pour les oxydes ultra minces em-
ployés dans le PMOS ;
• L’augmentation de l’efficacité des trous chauds à générer des états d’interface dans les
PMOS, avec pour corollaire la diminution de celle des électrons chauds à créer des
charges fixes dans l’oxyde ;
• De même, dans les transistors NMOS, on constate une augmentation de l’efficacité des
électrons chauds pour dégrader l’interface, accompagnée de la réduction de celle des
trous ;
• Une très nette diminution de la charge piégée dans l’oxyde, que ce soit pour les NMOS
ou les PMOS, avec dans ce dernier cas la disparition du phénomène de réduction de la
longueur du canal lié à la charge négative piégée près du Drain.
Le cas des oxydes ultra-minces est rendu délicat, d’abord pour l’analyse des stress réalisés,
mais aussi pour la compréhension des mécanismes mis en jeu. En effet, le fort courant tunnel
direct, est présent dans toutes les mesures, que ce soit IV ou CP, mais aussi pendant les phases
de vieillissement au cours desquelles son effet s’ajoute à celui des porteurs chauds. C’est dans
le cas du PMOS que cette cohabitation est réellement gênante. En effet paradoxalement c’est
dans le NMOS que ces courants sont les plus importants, mais c’est dans le PMOS qu’ils se
révèlent le plus dégradant. Nous avons proposé un modèle simple pour séparer spatialement
l’effet du courant tunnel et de l’injection de trous chauds, qui se manifestent simultanément
dans les conditions de polarisation VGS = VDS pour donner une dégradation répartie uniformé-
ment dans le canal.
Enfin, des expérimentations de stress alternés, nous ont permis de retrouver les résultats de
la littérature pour les oxydes épais : les trous chauds génèrent des pièges neutres que l’on peut
charger et décharger après stress. La réduction de l’oxyde a modifié ce comportement puisque
les trous ne génèrent plus que des états d’interfaces que l’on ne peut vider par simple bascule-
ment du mode d’injection (absence de l’injection de trous chauds), ni par l’inversion du champ
dans l’oxyde.
171