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

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Chapitre II
Une variation de VT h est associée à la présence de charges fixes dans l’oxyde et/ou à une
charge piégée sur les états d’interfaces. Pour le suivi de la tension de seuil durant un vieillisse-
ment, on procède à l’extraction de la tension de seuil à un niveau de courant de Drain fixé (VT h
est extrait par la technique de la tangente prise à point ID fixé et non plus au max de Gm).
Dans le cas où une contrainte uniforme est appliquée, nous observons un décalage parallèle
des courbes linéaires, ce qui permet d’obtenir la variation de la charge négative piégée dans
l’oxyde. Pour un NMOS (PMOS), une augmentation (diminution) de |VT h| traduit la présence
d’une charge négative dans l’isolant, alors qu’une diminution (augmentation) de la tension de
seuil révèle une charge positive.
Dans le cas de stress non uniformes, on assiste à un décalage non parallèle des courbes ID − VG
linéaires, ce qui se traduit par des dommages localisés associés à la présence d’états d’interface.
Cependant, la distinction claire entre ces deux types de défauts exige des techniques complé-
mentaires comme des mesures CV et de pompage de charges CP (technique exposée plus loin)
afin de déterminer leur influence respective.
Dans le cas d’une dégradation localisée, le problème de la distinction devient plus complexe
du fait que la mesure de VT h devient beaucoup moins affectée par les dommages qui sont forte-
ment localisés au drain (structure LDD).
On obtient typiquement les courbes des Fig. II.6 et II.5. Dans la première on observe sur
transistor NMOS dégradé sous contrainte DC au maximum de courant substrat, un décalage des
courbes non parallèle, ce qui indique la prédominance de la génération d’états d’interface loca-
lisés. La seconde figure présente un décalage parallèle au cours d’un stress uniforme effectué à
la tension VG = 2.5V .
II.1.3 Variation de la transconductance
Le premier chapitre (I.3.3) a mis en lumière la forte dépendance de la transconductance vis
à vis de la mobilité , mais aussi des résistances d’accès aux Drain/Source. Rappelons que :
gm =
µ0CoxW/L
(1 + θ(VGS − VT h)) 2
(II.8)
où θ = θ0 + Gm0RSD. Dans l’exemple donné dans la Fig. II.7, on observe sur un dispositif
à canal de type N soumis à une contrainte correspondant au maximum du courant de substrat,
une réduction importante de la mobilité, principalement due à un nombre important de pièges
(de type accepteur) générés à l’interface près du Drain et le long du canal. Un changement de
transconductance est effectivement le signe d’une diminution de la mobilité des porteurs dans
le canal, conséquence d’interactions coulombiennes avec des charges piégées à l’interface Si-
SiO2. De même la réduction de Gm est aussi imputable à un accroissement de la résistance
série RSD. Si la dégradation de la mobilité (et le courant de Drain) induit un retard pendant le
fonctionnement AC, la dégradation de la transconductance entraîne une augmentation des temps
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