Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 23, Numéro 11, novembre 1988
Page(s) 1837 - 1845
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0198800230110183700
Rev. Phys. Appl. (Paris) 23, 1837-1845 (1988)
DOI: 10.1051/rphysap:0198800230110183700

Non-uniformité de la distribution spatiale des états de surface dans le canal des transistors CMOS

B. Balland1, C. Plossu1, C. Choquet1, V. Lubowiecki2 et J.L. Ledys2

1  Laboratoire de Physique de la Matière, Associé au Centre National de la Recherche Scientifique (U.A. 358), Institut National des Sciences Appliquées, Bât. 502, 20, avenue Albert-Einstein, 69621 Villeurbanne Cedex, France
2  Matra-Harris Semiconducteurs, Centre électronique, La Chantrerie, Route de Gachet, 44075 Nantes Cedex, France


Abstract
In this paper, we show that the interface state density in the middle of the channel obtained by charge pumping measurements on small size MOS transistors can be over-estimated, because of the actual non uniform spatial distribution along the Si-SiO2 interface. It appears to be necessary to take into account the local densities of surface states before degradation, when the charge pumping technique is used to analyse the rate of creation of new interface states in MOS transistors subjected to aging stresses. A new calculation method has been proposed which allows the determination of the surface states densities in the vicinity of the drain before and after channel hot carrier injection.


Résumé
Nous avons montré que les densités moyennes d'états d'interface obtenues par la technique de pompage de charge peuvent conduire à une surestimation du nombre réel de ces défauts en milieu de canal des transistors MOS, lorsque l'on suppose qu'ils sont uniformément distribués sur toute l'étendue de l'interface Si-SiO2. Les densités d'états de surface peuvent être plus élevées près de la source et du drain, même lorsque le transistor MOS n'a pas été soumis à une contrainte de vieillissement. Nous suggérons que cette augmentation est due aux dommages inévitablement produits au cours de certaines étapes du procédé d'élaboration des transistors et en particulier lors de la gravure plasma de l'électrode de grille. Les densités locales des états de surface doivent alors nécessairement être prises en compte, lors des études de vieillissement sur de tels composants. Nous proposons une nouvelle méthode de calcul permettant d'accéder, à partir des mesures en pompage de charge, à la densité d'états d'interface à proximité de la source et du drain avant et après injection de porteurs chauds.

PACS
2560R - Insulated gate field effect transistors.

Key words
ageing -- insulated gate field effect transistors -- interface electron states -- surface electron states -- surface state density -- channel -- CMOS transistors -- interface state density -- MOS transistors -- nonuniform spatial distribution -- degradation -- charge pumping -- aging stresses -- hot carrier injection -- Si SiO sub 2 interface