Nature et mécanisme de création des défauts induits à l'interface Si-SiO ₂ par injections homogènes de porteurs à travers l'oxyde de grille

(Reçu le 21 novembre 1991, révisé le 17 février 1992, accepté le 18 février 1992)

Abstract
We present a review on the Si-SiO ₂ interface defect creation mechanisms and on the nature of these defects when metal-oxide-semiconductor devices are submitted to homogeneous carrier injection through the gate oxide under the application of high electric field stress across the oxide. We begin by a review of the state-of-the art, we emphasize on the main degradation mechanisms and we point out the gag in our today knowledge of this subject. In this context, we present our recent contributions to this field. Our main results lead to : i) present new insights on the electronic properties of the silicon dangling bonds at the Si-SiO ₂ interface, ii) establish the link between these stress-induced defects and the silicon dangling bonds and iii) to point out the role of the neutral hydrogen-related species diffusion to create defects at the Si-SiO ₂ interface. These studies are relevant to the field of reliability problems of the silicon VLSI MOSFET devices.

Résumé
Nous présentons une revue sur les mécanismes de création des défauts à l'interface Si-SiO ₂ et sur la nature de ces défauts lorsque des structures métal-oxyde-semiconducteur sont soumises à des injections homogènes de porteurs à travers l'oxyde sous l'effet de contraintes électriques produites par l'application de champs électriques importants dans l'oxyde. Après une revue de l'état de l'art permettant de présenter les principaux modèles de dégradations et de situer les lacunes de nos connaissances sur ce sujet, nous présentons nos récentes contributions sur le sujet. Nos principaux résultats nous conduisent à : i) préciser les propriétés électroniques des liaisons pendantes de Si à l'interface Si-SiO ₂, ii) établir la relation entre les défauts créés et les liaisons pendantes de silicium et iii) montrer le rôle dominant d'espèces neutres liées à l'hydrogène dans les mécanismes de création des défauts. Ces études se situent dans le cadre général des problèmes de la fiabilité des composants MOSFET silicium VLSI.