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

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Thierry DI GILIO
I.1.4 Défauts dans la structure MOS
On appellera défauts les sites électriquement actifs du silicium ou de l’oxyde, pouvant per-
turber localement les densités de charges ou le champ vu par les porteurs. Sur la Fig.I.5 on peut
distinguer les différents types de défauts qui peuvent apparaître dans la structure MOS. Il faut
tenir compte des états d’interface (pièges de charges positives/négatives ou pièges neutres) le
plus souvent constitués par des liaisons pendantes Si≡Si3 appelées centre Pb dans la littérature
[3, 4] ; mais aussi des défauts de l’oxyde (Charges fixes près de l’interface, des ions mobiles
dans le volume ou encore pièges de charges) [5].
Oxyde (SiO2)
(SiOx)
Substrat (Si)
Charges/ions mobiles
H +
+/- +/-
Charges piegées dans l’oxyde
Charges fixes dans l’oxyde
+ + +
Charges piegées à l’interface
K +
Na +
FIG. I.5 – Schéma représentant une structure Métal Oxyde Semi-conducteur avec les différents
pièges de charges.
a ) Défauts d’interface
Les pièges d’interface peuvent apparaître pendant les procédés de fabrication, les défauts
sont la conséquence de la croissance thermique de l’oxyde (SiO2) sur le silicium (Si). Les
pièges sont alors matérialisés par une liaison pendante ou une lacune interstitielle due au mau-
vais alignement de SiO2 sur Si. Ces défauts d’interface peuvent également être créés par des mé-
canismes physiques durant le fonctionnement de la structure : impacts de porteurs énergétiques
générés dans le volume du silicium, irradiations extérieures, hautes températures... Dans la sta-
tistique de Shockley, Read et Hall (SRH) [6], les défauts d’interface sont caractérisés par leur
niveau d’énergie et leur section efficace de capture/émission. On note Qit(C.cm −2 ) la charge
piégée sur les défauts d’interface, Nit(cm −2 ) le nombre de charges piégées et Dit(eV −1 .cm −2 )
le nombre de pièges par niveau d’énergie. Ces défauts sont en contact avec la couche d’in-
version et peuvent se vider et se remplir suivant la valeur du potentiel du surface. Ils ont une
nature amphotère : ils peuvent capturer des électrons ou des trous (vis-à-vis des électrons, les
pièges accepteurs sont chargés négativement si occupés et neutres sinon ; les pièges donneurs
sont neutres si occupés et chargés positivement sinon). Il peuvent être mis en évidence et quan-
tifiés par des mesures capacité-tension (CV), par des mesures de pompages de charges à deux
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SiO 2
Si