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Etude de la fiabilité des mesures électriques par la microscopie à force atomique sur couches diélectriques ultra-minces : Développement d'une technique de pompage de charge résolue spatialement pour la caractérisation des défauts d'interface
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Grandfond, A. |
| Copyright Year | 2014 |
| Abstract | Les progres rapides de la microelectronique sont liees a la miniaturisation du transistor MOS. Pour limiter les courants de fuite, SiO2 a deja ete remplace par HfO2.mais de nouveaux dielectriques de grande constante dielectrique (high-k) devront etre integres pour poursuivre cette progression. Le microscope a force atomique (AFM) en mode Conductive-AFM (C-AFM) est aujourd'hui un outil incontournable pour la caracterisation electrique des dielectriques en couche mince a l'echelle nanometrique. Dans nos travaux, nous avons cherche a etudier les limites du C-AM. Le C-AFM consiste a utiliser une pointe AFM comme electrode superieure afin de faire des mesures de type I(V) ou des cartographies de courant. Nous avons cherche a identifier le phenomene qui conduit a la degradation de la couche dielectrique par l'application d'une tension de pointe positive, materialisee par la deformation de la surface. Nous avons montre qu'il s'agissait d'un effet thermique due a la forte densite de courant, ne s'apparentant pas a la DBIE observee sur dispositif, et pouvant aller jusqu'a la deterioration du substrat a l'interface. Ce phenomene, sans en etre la consequence, est largement favorise par la presence d'eau. Ceci confirme qu'il est preferable de realiser les caracterisations electriques sous ultra-vide malgre les contraintes experimentales. Les etudes du dielectriques sont ainsi compromises puisque le mode de degradation est en partie propre a la technique AFM et ne permet pas aisement d'extrapoler le comportement du materiau integre dans un dispositif. De plus, l'etude statistique la degradation de la couche (Weibull), couramment utilisee, est affectee par un biais d'interdependance. De la meme facon, la modelisation de la conduction a travers la couche doit etre utilisee avec precaution, car la surface du contact electrique pointe-dielectrique demeure un parametre incertain. La technique de pompage de charges permet de caracteriser les pieges a l'interface oxyde/semi- conducteur en les sollicitant par l'application d'une tension de grille periodique. Elle permet d'extraire la densite d'etat Dit(E) les sections efficaces de capture (σ(E)), mais ne donne pas d'information sur leur repartition spatiale. Nous avons donc adapte cette technique a la microscopie champ proche, la pointe AFM conductrice faisant office de grille. Sur des transistors depourvus de grille specialement prepares pour l’occasion, nous avons pu montrer la faisabilite de la technique, en accord satisfaisant avec les mesures macroscopiques. Nous mesurons un signal que nous associons a un courant pompe. Cependant, le signal est deforme comparativement aux mesures macroscopiques. Un modele physique reste a developper puisque dans notre cas, les charges minoritaires doivent traverser depuis la source et le drain un espace non polarise par la grille. Par la suite, un dispositif de cartographie des defauts d'interface, eventuellement resolue en energie, pourra etre developpe. |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01278517/document |
| Alternate Webpage(s) | http://theses.insa-lyon.fr/publication/2014ISAL0133/these.pdf |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
