Mémoires de Fin d’Etudes
Etablissement
Université de Sidi Bel Abbès - Djillali Liabes
Affiliation
Département d’Electronique
Auteur
METEHRI, Fethi
Directeur de thèse
BENAMARA Zineb (Professeur)
Filière
Microélectronique
Diplôme
Doctorat
Titre
Modélisation et simulation de la dégradation BTS dans les dispositifs MOS
Mots clés
dégradation NBTI, MOSFET, pièges d’interface, pièges dans l’oxyde, COMSOL, SILVACO.
Résumé
La miniaturisation des composants de base des circuits intégrés a permis aux fabricants des IC’s d’augmenter exponentiellement la production en diminuant le coût[1]. Cependant, cette miniaturisation a entraîné une réduction accélérée de l’épaisseur du diélectrique de la grille des transistors d’un nœud technologique à un autre. Ce qui a induit une augmentation du champ électrique de la grille ainsi qu’une augmentation de la température de fonctionnement des circuits. Ces conséquences posent actuellement des problèmes de fiabilité dans les CI’s à base de Si, tels que le NBTI (Negative Bias Temeperature Instability) et le PBTI. Le NBTI est connu depuis les années 60[2], mais récemment est devenu très important dans la fiabilité des transistors. En effet, le NBTI cause une augmentation de la tension de seuil, dégradation de la mobilité, du courant du drain et de la transconductance et par conséquent la détérioration du CI’s. Cette dégradation est attribuée à la création des pièges à l’interface et dans l’oxyde induits par l’application d’une tension négative à la grille à température élevée. Plusieurs études ont été effectuées sur le stress BTS[2-4] afin de comprendre ses mécanismes physiques, de le modéliser et de prévoir la durée de vie des CI’s. Malgré le nombre élevé de publications parues ces derniers temps, il existe toujours une grande divergence entre les différents modèles et les données expérimentales. Stathis [5] et Schroder [6] ont publiés une excellente synthétise sur cet effet. Le modèle physique le plus populaire est le modèle Réaction-Diffusion (R-D)[7]. Une espèce hydrogénée, positivement chargée, est libérée lors de la réaction des porteurs trous avec les liaisons Si-H en générant des pièges à l’interface (Réaction). Ensuite, H+ diffuse dans l’oxyde de grille et crée des pièges dans l’oxyde. Le premier processus est linéairement dépendent du temps, par contre la dépendance du deuxième suit la loi en puissance tn. La valeur de n dépend du temps (délai) mis entre le stress et la caractérisation; n = 0.3 pour un délai de 1 s [8]et 0.14 pour un temps de 0 s (sans délai)[9]. De plus, n dépend de l’espèce diffusante (H, H2)[10]. Cependant, des questions restent toujours posées telles que : quelle est la valeur réelle de n? Jusqu’à aujourd’hui, il n’existe pas un modèle qui décrit toutes les observations expérimentales de la dégradation NBTI. Dans ce contexte, nous nous proposons, à travers cette thèse, la modélisation de la dégradation NBTI en intégrant les équations du semi-conducteur régissant les dispositifs MOS en utilisant COMSOL ou SILVACO. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de proposer un modèle pour les pièges préexistants et créés qui causent la dégradation NBTI en se basant sur les espèces hydrogénées, oxygène vacant et autres afin de pouvoir établir un modèle qui prédit la durée de vie des dispositifs.
Statut
Validé