Soutenance de Thèse de Rachid BOUJAMAA : Caractérisations physico-chimiques et électriques d’empilements de couches d’oxyde à forte permittivité ...

Thèse de Rachid BOUJAMAA

Caractérisations physico-chimiques et électriques d'empilements de couches d'oxyde à forte permittivité (high-k) / grille métallique pour l'ajustement du travail effectif de la grille. Application aux nouvelles générations de transistors.

Directeur de thèse : Catherine DUBOURDIEU
Ecole doctorale : EEATS - Grenoble
Spécialité : Nano-Electronique et Nano-Technologies
Etablisssement d'origine : Université Grenoble 1
Financement : CIFRE
Date entrée en Thèse : 04/01/09
Date de soutenance : 02/10/13

Résumé
Cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement des technologies CMOS 32/28nm chez STMicroelectronics. Elle porte sur l'étude d'empilements de grille métal/diélectrique high-k élaborés selon une stratégie d'intégration Gate First, où le couple TiN/HfSiON est introduit avec  une couche interfaciale SiON et une encapsulation de la grille TiN par du polysilicium. Cette étude s'est principalement focalisée sur l'analyse des interactions entre les différentes couches constituant les empilements, en particulier des additifs lanthane et aluminium, employés pour moduler la tension de seuil Vth des transistors NMOS et PMOS respectivement. Les analyses physico-chimiques réalisées au cours de ces travaux ont permis de mettre en évidence la diffusion en profondeur des éléments La et Al à travers le diélectrique de grille HfSiON sous l'effet du recuit d'activation des dopants à 1065°C. Les résultats obtenus ont montré que ce processus de diffusion entraine une réaction du lanthane et de l'aluminium avec la couche interfaciale de SiON pour former un silicate stable La(ou Al)SiO au profit de la couche de SiON. L'analyse des propriétés électrique des structures MOS a permis de révéler que la présence d'atomes La ou Al proximité de l'interface HfSiON/SiON conduit à la présence d'un dipôle généré à cette interface, qui a pour effet de décaler le travail de sortie effectif de la grille métallique.

Membres du jury

Christophe MULLER - Professeur - Univ. Aix-Marseille, IM2NP Marseille (Président)
Nicholas BARRETT - Docteur Ingénieur de recherche - CEA Saclay (Rapporteur)
Sylvie SCHAMM - Chargée de recherche CNRS - CEMES Toulouse (Rapporteur)
Eduard CARTIER - Res. staff member - IBM T.J. Watson Res. Center, Yorktown Heights, NY USA (Examinateur)
Maryline GUILLOUX-VIRY - Professeur - Univ. Rennes 1, ISCR Rennes (Examinatrice)
Mickaël GROS-JEAN - Ingénieur - STMicroelectronics Crolles (Co-encadrant)
Catherine DUBOURDIEU - Dir. recherche CNRS / LMGP Grenoble (Directeur de thèse)
Pierre GENTIL - Prof. émérite - Grenoble INP / IMEP-LAHC Grenoble (Co-directeur de thèse)
François BERTIN - Ingénieur - CEA-LETI Grenoble (Invité)