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

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Introduction
nécessitent des transistors avec peu de fuite de courant dit Low Leakage (LL). Clairement, la
réduction à champ constant est le fil conducteur des technologues, même s’il reste difficile à
suivre.
Différentes façons de procéder vont suivre, comme la réduction à tension constante (Tab. 3).
La méthode à tension constante tente de suivre la réduction de la tension d’alimentation impo-
sée par l’industrie. Dans la réduction à champ électrique constant, les tensions d’alimentation
sont réduites d’un facteur K. Par l’intermédiaire de “roadmaps”, l’industrie a convenu, des an-
nées à l’avance, de ce que seront les tensions d’alimentation, laissant ainsi un délai suffisant
pour concevoir les circuits d’alimentation (régulateur/convertisseur de tension et de courant).
La réduction à tension constante est donc une méthode plus adaptée que l’évolution à champ
électrique constant 4 . Le principal inconvénient de cette méthode est l’augmentation des champs
électriques créés dans le dispositif, due à la conservation des tensions d’alimentation. De plus,
ceci amène une dégradation de la mobilité des porteurs, à la génération de porteurs énergétiques
ou “porteurs chauds”, et à d’autres problèmes de fiabilité (perçage, claquage d’oxyde). Enfin,
cette méthode engendre plus de puissance consommée et donc des techniques de refroidisse-
ment plus lourdes que pour l’évolution à champ électrique constant.
Une troisième méthode a été proposée: la diminution à champ électrostatique constant, ou
à tension quasi-constante (voir le Tab. 1). Dans cette méthode, les dimensions sont mesurées
par le même facteur K, mais les potentiels sont mesurés par un facteur différent 5 λ tel que
λ = K 0.5 . Cette méthode est un autre compromis entre la réalité et la méthode à champ élec-
trique constant. Le facteur λ est utilisé lorsque les tensions ne peuvent pas être réduites par K.
Ceci laisse les lignes de champ inchangées et réduit les effets parasites. Bien que cette méthode
corrige la plupart des défauts pratiques des deux précédentes, elle reste une méthode théorique
et sert seulement de bon point de départ pour les concepteurs de dispositifs. Davantage de tests
et d’optimisations seront toujours nécessaires pour mettre au point les “recettes” de fabrication
pour une technologie particulière.
La caractérisation électrique d’un dispositif est d’une grande importance et exige une at-
tention particulière dans le développement des technologies MOSFET avancées. Le choix de
la longueur du canal, l’épaisseur d’oxyde de grille, le dopage de substrat et la technologie de
Source/Drain déterminent en grande partie les performances du dispositif. En concevant des
dispositifs plus petits, on doit également considérer l’impact de la réduction des dimensions sur
la fiabilité des circuits intégrés. L’étude de la fiabilité d’une technologie est basée sur le suivi des
4. S. Wolf, “Silicon Processing for the VLSI Era, Volume III, The Submicron MOSFET”, Lattice Press, California,
1995.
5. G. Baccarini, M. R. Wordeman, R. H. Dennard, “Generalized Scaling Theory and Its Application to a Micrometer
MOSFET Design”, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-31, pp. 452-462, 1984.
5