Etude, fabrication et propriétés de transport de transistors CMOS associant un diélectrique de grille haute permittivité et un canal de conduction haute mobilité

Auteur(s) : WEBER, Olivier Contributeurs : DUCROQUET, Frédérique Éditeur(s) : INSA de Lyon Date de publication : 10-05-2006

Accès à la ressource :  http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=webe... Description : La miniaturisation des transistors CMOS permet d’améliorer les performances, la densité d’intégration et le coût des circuits électroniques. Plusieurs ruptures technologiques concernant l’architecture et les matériaux des transistors doivent s’additionner pour atteindre les dimensions ultimes, à l’échelle de l’atome. L’introduction d’un diélectrique haute permittivité comme isolant de grille à la place du SiO2 vise à améliorer le compromis épaisseur d’oxyde/courant de fuite de grille. Un canal haute mobilité doit permettre d’améliorer la vitesse des porteurs et donc le compromis vitesse (fréquence d’horloge)/puissance active des circuits. Cette thèse porte sur l’étude, la fabrication et les propriétés de transport de transistors CMOS cumulant ces deux nouvelles options technologiques. Ceci concerne en particulier des transistors avec un empilement de grille TiN/HfO2 : nMOS à canaux Si contraints, pMOS à canaux SiGe(:C) ou Ge contraints et une nouvelle architecture pMOS selon l’orientation cristallinne (111). Des gains en mobilité élevés par rapport aux transistors de référence HfO2/Si, pouvant atteindre +800% pour la mobilité des trous sur les transistors Ge contraints, sont obtenus conjointement avec l’effet du diélectrique HfO2 : une réduction de 4 décades du courant de fuite de grille par rapport à un oxyde SiO2. Une caractérisation électrique approfondie permet de montrer l’importance de l’optimisation de l’interface diélectrique/canal sur les gains en mobilité. Les caractéristiques des transistors sont analysées et discutées jusqu’à des longueurs de grille inférieures à 50nm. Finalement, la dégradation de la mobilité avec un empilement de grille TiN/HfO2, point critique limitant l’émergence de tels empilements, est analysée en détail et les mécanismes de collisions des porteurs sont déterminés expérimentalement. Langue : Français

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