Study of carrier transport phenomena and of low frequency noise as a function of the temperature in sub-10 nm FinFETs and GAA NWFETs

Etude des phénomènes de transport de porteurs et du bruit basse fréquence en fonction de la température dans les transistors FinFET et GAA NWFET sub-10 nm

Dimitri Boudier (1)

1 Equipe Electronique - Laboratoire GREYC - UMR6072

The work led within this thesis focuses on the study of advanced MOSFET technologies, more precisely of triple-gate FinFETs and Gate-All-Around nanowire FETs. They were fabricated for the 10-nm technological node, following the same recipe except for the build of a fourth gate in nanowire devices.The devices have been studied in static regime in order to determine the main parameters of their electrical model. Low temperature (<10 K) and low drain voltage (1mV) studies highlighted the existence of quantum transport that is due to discrete energy levels within the conduction and valence bands. The study of the 1/f noise testifies the good control of the gate oxidation process and evidences a change in the noise mecanism under quantum transport.Numerous low frequency noise spectroscopies (i.e. study of the generation-recombination noise as a function of the temperature) let us identify silicon film traps, thus giving indication of the critical process steps that are responsible for the generation-recombination noise.

Les travaux menés pendant cette thèse se concentrent sur l'étude de technologies avancées de MOSFET, plus précisément de FinFET à triple-grille et de nanofils à grille enrobante. Ils ont été fabriqués pour le nœud technologique 10 nm, suivant le même procédé de fabrication à l'exception de la fabrication d'une quatrième grille pour les nanofils. Ces composants sont étudiés en régime statique afin de déterminer les principaux paramètres de leur modèle électrique. Des études à très faible température (< 10 K) et faible tension de drain (< 1 mV) montrent la présence de transport quantique dû aux niveaux d'énergie discrets dans les bandes de conduction et de valence. L'étude du bruit électrique en 1/f montre une bonne maîtrise du procédé d'oxydation de la grille ainsi que le changement de mécanisme de bruit sous l'effet de transport quantique. Différentes spectroscopies de bruit basse fréquence (i.e. étude du bruit de génération-recombinaison en fonction de la température) ont permis d'identifier les pièges contenus dans le film de silicium, donnant ainsi la possibilité d'incriminer les étapes de fabrications les plus critiques.

Mots clés: Ransistor; MOSFET; FinFET; Nanowire; Electrical noise; Spectroscopy; Defect; Quantum transport

Mots clés: FinFET

Domaines: Electronique

Dimitri Boudier. Etude des phénomènes de transport de porteurs et du bruit basse fréquence en fonction de la température dans les transistors FinFET et GAA NWFET sub-10 nm. Electronique. Normandie Université, 2018. Français. ⟨NNT : 2018NORMC220⟩. ⟨tel-01894563⟩