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

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Thierry DI GILIO
I.3 Effets liés à la réduction des dimensions des transistors
MOSFETs
La réduction des dimensions des transistors utilisés dans les circuits CMOS, implique l’ajus-
tement des modèles existants, afin de tenir compte des effets parasites. Ceux-ci sont induits
par :
1. la réduction des dimensions et la perte de contrôle des charges vis à vis du potentiel de
Grille
2. la complexité croissante des transistors avec la modification des structures de Source et
de Drain, des caissons, la présence de “halo” et de “pockets”.
Ainsi on peut citer les plus répandus dans les technologies actuelles : l’effet canal court “Short
Channel Effect”(SCE), la réduction de la hauteur de barrière induite par la polarisation du Drain
“Drain induced Barrier Lowering” (DIBL), la réduction de la mobilité des porteurs avec l’aug-
mentation du champ latéral � ξ et du champ vertical FOX, la modulation de la longueur du canal
en forte saturation “Channel Length Modulation ”(CLM). Ces effets vont être abordés dans
cette partie.
I.3.1 Effet de la géométrie du canal
Une variation importante des paramètres de fonctionnement du transistor MOS est consta-
tée avec la réduction des dimensions WG et LG. Cet effet est l’illustration de l’évolution des
procédés de fabrication et du niveau d’intégration. Les variations du dopage entre la surface
(Nsurf) et le volume du semi-conducteur (Ndop), on observera l’effet canal court (SCE pour
“short channel effect”) ou canal court inverse (RSCE pour “reverse short channel effect”) :
Nsurf > Nvol → SCE
Nsurf < Nvol → RSCE
Enfin, selon la méthode retenue pour l’isolation latérale des transistors, on pourra observer
l’effet canal étroit (NCE pour “narrow channel effect”).
a ) Effet canal court
L’effet SCE se traduit par la réduction de la valeur de la tension de seuil avec la diminution
de la longueur du canal (pour une technologie donnée). Ce phénomène s’explique par le fait
que pour un canal court, la forme de la zone de déplétion n’est pas la même que pour un canal
long [17] ; ceci est illustré sur la figure I.16. En effet, en inversion forte on peut considérer la
tension de seuil en négligeant les effets des défauts (QOX = 0), qui peut s’exprimer en fonction
de la forme de la zone déplétée avec :
30