Etude des critères de formation des défauts morphologiques induits par des ions lourds de haute énergie dans des structures élémentaires SIO2−SI : incidence sur la fiabilité des technologies CMOS embarquées
Institution:
Montpellier 2Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
Swift heavy ions of the space environment can induce the formation of morphological defects in the gate oxide of abroad spacecraft components. Those morphological defects are currently not taken into account by the standard military MIL-STD-750 test specifications when dealing with heavy ion-induced CMOS degradation. The present study is about the definition of the swift heavy ion-induced morphological defects formation criteria in SiO2−Si elementary structures, as a contribution to the elaboration of a new prediction model of MOS failure during space applications. Our results show that very thin oxide layers seem to inhibit morphological defects formation in SiO2−Si structures under swift heavy ion bombardment. We have also pointed out an experimental evidence of the discontinuous energy deposition at the nanometric scale in amorphous SiO2. This experimental upshot gives a better understanding of the physical mechanisms during the oxide degradation under swift heavy ion irradiation. Besides, the thermal stability of the morphological defects observed provides information about the potential role of those defects in the post-irradiation gate oxide breakdown
Abstract FR:
Les ions lourds naturellement présents dans l'Espace sont à l'origine de la formation de défauts morphologiques nanométriques au niveau de l'oxyde de grille des composants MOS. Ce mémoire de thèse est dédié à l'étude des critères de formation et de développement de ces défauts ² dans l'oxyde des structures élémentaires SiO2−Si représentatives des dispositifs MOS embarqués. Les dysfonctionnements des composants liés à une modification du matériau à l'échelle atomique ne sont actuellement pas pris en compte par les normes standard de tests relatives à la contrainte ion lourd. Cette étude contribue à la mise en place des premières briques d'une méthodologie de tests permettant de mieux appréhender la vulnérabilité des composants MOS embarqués. Ce travail s'attache aussi à apporter, en amont, des données utiles notamment aux fondeurs lors des phases de sélection du matériau pour les composants destinés à l'industrie spatiale. L'étude bibliographique proposée dans les premiers chapitres a permis d'identifier les différents types de contraintes vis-à-vis des composants MOS évoluant en environnement radiatif sévère, de recenser les effets potentiels au niveau fonctionnel ainsi que les différents aspects connus concernant l'endommagement morphologique des structures SiO2−Si. Les différents tests aux ions lourds réalisés en incidence rasante sur structures SiO2−Si ont permis la caractérisation directe des défauts en microscopie à force atomique. L'analyse globale de nos résultats montre le rôle de l'épaisseur d'oxyde sur la formation des défauts morphologiques. Les recuits à l'air mettant en évidence la stabilité thermique des défauts morphologiques observés ont permis de corréler ceux-ci avec les défauts latents initiant le claquage prématuré de l'oxyde de grille des dispositifs MOSFETs de puissance, par application répétée d'un champ électrique post-irradiation. Cette étude a également permis de mettre en exergue l'inhomogénéité de la densité électronique dans l'oxyde suite au passage des ions lourds de haute énergie et d'évaluer expérimentalement le rayon d'endommagement structurel d'un ion lourd dans le SiO2 amorphe