Rev. Phys. Appl. (Paris) 20, 225-234 (1985)
DOI: 10.1051/rphysap:01985002004022500

Conséquences d'une injection tunnel Fowler-Nordheim dans des structures MOS à oxyde mince

B. Balland, C. Plossu, S. Bardy et P. Pinard

Laboratoire de Physique de la Matière, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, 20, avenue A. Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France

Abstract
The behaviour of thin gate oxide MOS structures with Poly-Si or Al gate, subjected to a tunnelling Fowler-Nordheim injection, has been analysed. Native capture centres in the bulk of SiO2 have been characterized by their capture cross section, their density and their centroid in SiO 2. The trapping is independent of the gate bias polarity during injection. The other aging mechanism is interface degradation by generation of new centres in the dioxide. This phenomenon has been analysed in correlation with the elaboration process of devices. The aging of MOS structures under electrical injection is essentially controlled by this mechanism.

Résumé
Le comportement de structures MOS à oxyde mince et à grille Si-Poly ou Al, soumises à une injection de porteurs dans SiO2 par mécanisme tunnel Fowler-Nordheim, a été étudié. Les centres de capture initialement présents dans la couche isolante de la grille ont été caractérisés par leur section efficace, leur localisation spatiale et leur concentration. Leur remplissage est indépendant de la polarité de la tension appliquée. De plus, nous avons montré qu'il y a dégradation progressive des deux interfaces délimitant la couche de SiO2. Celle-ci correspond à une génération de nouveaux sites électroniques qui ne sont pas de simples états d'interface, mais apparaissent comme des pièges induits dans SiO2. Leur taux de création et leur densité dépendent de la technologie d'élaboration. Leur génération joue un rôle déterminant quant au mécanisme de fiabilité de tels dispositifs.

PACS
6170T - Doping and implantation of impurities.
7340Q - Electrical properties of metal insulator semiconductor structures.
2530F - Metal insulator semiconductor structures.
2550B - Semiconductor doping.

Key words
impurity electron states -- ion implantation -- metal insulator semiconductor structures -- Fowler Nordheim injection -- thin oxide MOS structure -- capture centres -- SiO sub 2 -- capture cross section -- density -- centroid -- trapping -- gate bias polarity -- aging mechanism -- interface degradation