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Benzo, Patrizio. Stress transfer in ultimate transistors through SiN deposits: study by electron holography and finite element modelling

Benzo, Patrizio (2013). Stress transfer in ultimate transistors through SiN deposits: study by electron holography and finite element modelling.

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Résumé en francais

Longtemps considérées comme pénalisantes, les contraintes sont aujourd'hui utilisées sciemment pour fabriquer des transistors CMOS de dernière génération car elles permettent d'augmenter très sensiblement la mobilité des porteurs dans le silicium et donc la vitesse des dispositifs type MOS. L'utilisation de couches fortement contraintes qui, déposées sur un transistor, introduisent une déformation élastique dans la région électriquement active du dispositif, est une solution très prometteuse. A cette fin, les couches amorphes de Nitrure de Silicium (SiN) sont particulièrement intéressantes car elles sont peu couteuses à fabriquer et compatibles avec les technologies MOS. Cependant, l'optimisation de ce procédé de mise sous contrainte impose de connaître précisément les propriétés mécaniques de ces couches. Celles-ci étant très dépendantes des conditions d'élaboration et donc des lieux de production, ces propriétés sont en général pas connues. La récente invention de l'Holographie Electronique en Champ Sombre (Dark Field Electron Holography, DFEH), qui permet de mesurer des distributions de déformations avec un champ de vue de l'ordre du micromètre, une résolution spatiale nanométrique et une très bonne précision (10-4), ouvre de nouvelles perspectives dans ce domaine. Le but de ce travail de thèse était d'étudier, en couplant des mesures DFEH à des Modélisations par Eléments Finis (FEM), les déformations transférés par des couches de SiN amorphe déposées sous des conditions communément utilisées dans l'industrie microélectronique. Dans un premier temps, j'ai étudié les déformations introduites dans des structures modèles composées de motifs de Silicium recouvert par un dépôt de SiN. Ce faisant, j'ai pu développer le concept générique de "capteur de déformation". L'idée est d'utiliser un matériau cristallin bien connu comme un "capteur" pour étudier les déformations cristallines introduites en son sein par une couche déposée. La confrontation avec des simulations par éléments finis (FEM) permet ensuite de déterminer les caractéristiques mécaniques (contrainte interne et module de Young) de ces couches déposées. Pour me rapprocher de la structure réelle de dispositifs MOS, j'ai ensuite étudié puis expliqué les déformations introduites par un réseau de lignes de poly-Si déposé sur un substrat de silicium, lui-même recouvert par une couche de SiN contraint. Doté de cette méthodologie, j'ai finalement étudié la distribution des déformations dans de " vrais " dispositifs MOSFETs (type "n" et "p") réalisés en technologie "28 nm". Plus précisément, je me suis attaché à comprendre l'effet des différentes étapes technologiques sur la distribution des déformations dans des dispositifs " complets ". J'ai ainsi pu mettre en évidence que l'introduction de certains " éléments " (spacers, contacts) ou la réduction de "taille" peuvent sensiblement affecter/réduire les effets bénéfiques espérés grâce à cette approche technologique.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Claverie, Alain
Bensahel, Daniel
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Contraintes et déformations dans les MOSFETs - Holographie Electronique en Champ Sombre - Modélisation par Eléments Finis - Liner SiN
Sujets :Physique
Déposé le :14 Oct 2013 09:37