Modulation du travail de sortie de grilles métalliques totalement

INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON
N° d’ordre 2007ISAL0080 Année 2007
Thèse
MODULATION DU TRAVAIL DE SORTIE DE
GRILLES METALLIQUES TOTALEMENT
SILICIUREES POUR DES DISPOSITIFS CMOS
DECA-NANOMETRIQUES.
présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de docteur
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique et Automatique
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Spécialité : Dispositifs de l’Electronique Intégrée
par
Delphine AIME
Soutenue le jour mois année devant la Commission d’examen
JURY
Carole PLOSSU Professeur (INL, INSA Lyon) Présidente
Dominique MANGELINCK DR CNRS (L2MP, Marseille) Rapporteur
Emmanuel DUBOIS DR CNRS (IEMN, Lille) Rapporteur
Abdelkader SOUIFI Professeur (INL, INSA Lyon) Directeur de thèse
Daniel BENSAHEL Docteur-Ingénieur (STMicroelectronics, Co-encadrant
Crolles)
Véronique CARRON Docteur-Ingénieur (CEA-LETI, Co-encadrante
Grenoble)
Benoit FROMENT Ingénieur (STMicroelectronics,Crolles) Examinateur
Laboratoires de recherche
STMicroelectronics, 850, rue Jean Monnet, 38926 Crolles
CEA-LETI Minatech, 17, rue des Martyrs, 38054 Grenoble
LPM, INSA de Lyon, 20, av. Albert Einstein, 69621 Villeurbanne

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Remerciements
Remerciements
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Table des matières
Table des matières
Remerciements________________________________________________________________3
Table des matières____________________________________________________________ 5
Glossaire et abréviations_____________________________________________________9
Introduction générale_______________________________________________________ 15
Chapitre 1 Enjeux et challenges du transistor MOS___________________17
1.1 Le transistor MOS et la technologie « salicide »___________________________________19
1.1.1 L’ère du transistor MOS __________________________________________________19
1.1.1.1 De 1920 à nos jours _______________________________________________19
1.1.1.2 Quelles applications ? _____________________________________________20
1.1.2 Principe de fonctionnement du transistor MOS ________________________________20
1.1.2.1 Principe général __________________________________________________20
1.1.2.2 Régimes de fonctionnement du transistor MOS _________________________21
1.1.2.3 Architecture générale ______________________________________________23
1.1.3 Intérêts des siliciures _____________________________________________________24
1.1.3.1 Amélioration des performances statiques ______________________________24
1.1.3.2 Amélioration de la fréquence de coupure ______________________________25
1.1.3.3 Amélioration du temps de réponse du circuit ___________________________25
1.1.3.4 Gain en intégration________________________________________________26
1.1.4 La technologie « salicide » ________________________________________________26
1.1.4.1 Un procédé auto-aligné ____________________________________________26
1.1.4.2 Description______________________________________________________27
1.2 Des challenges technologiques _________________________________________________28
1.2.1 Limitations de la réduction d’échelle ________________________________________29
1.2.1.1 Les effets de canaux courts : CSE/DIBL _______________________________29
1.2.1.2 L’oxyde de grille et le courant de fuite ________________________________30
1.2.1.3 La poly-désertion de grille et effets quantiques __________________________32
1.2.2 Les enjeux de la technologie CMOS_________________________________________34
1.2.3 De nouvelles architectures sur films minces ___________________________________35
1.2.3.1 Les transistors SOI ________________________________________________35
1.2.3.2 Les transistors SON _______________________________________________36
1.2.3.3 Les transistors à grille multiple ______________________________________37
1.2.4 De nouveaux matériaux __________________________________________________37
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