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Défauts et réréactions d’interfaces dans les Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) Si-SiGe soumis à des contraintes électromagnétiques.

par LABGPM - publié le , mis à jour le

Les contacts métalliques sur semiconducteurs sont d’une importance capitale dans le maintien des performances d’un composant microélectronique, lorsqu’il est en fonctionnement et soumis à diverses contraintes (thermiques, électriques, radiations, …). Leur stabilité face à ces différentes agressions est indispensable pour optimiser la durée de vie et la fiabilité des dispositifs.

Nos recherches en analyses de défaillances des TBH en Si-SiGe ont été entreprises depuis 2007 dans le cadre d’une thèse (Ali Alaeddine) soutenue par notre Institut Carnot ESP. Son objectif était d’établir le lien entre dégradation des performances électriques du composant, tels que le gain en courant ou les fréquences (Ft, Fmax), et ses modifications structurales.


Image MET : cellule élémentaire d’un contact d’émetteur avec la zone d’intérêt : les interfaces AuPt-Ti-Si3N4. (Cécile Genevois, GPM)

Des analyses électriques approfondies ont montré que la chute des performances peut être due à deux facteurs ou origines physiques :

  • un phénomène de piégeage aux interfaces avec SiO2, avec l’augmentation du champ électrique induit par les conditions fonctionnelles et environnementales. Des simulations numériques introduisant des densités de pièges croissantes à ces interfaces ont permis de confirmer cette hypothèse.



Simulations selon le modèle « intrapp » appliqué à l’interface Si/SiO2 : les porteurs sont piégés par les défauts d’interfaces induisant un courant de recombinaison qui fait chuter le gain (A. Alaeddine, GPM)

  • Un phénomène ayant une double origine, avec en amont les éventuels problèmes survenus lors des procédés technologiques du composant, ajoutés à l’effet d’augmentation de température. Ces causes conjointes ont pour effet l’accélération des dégradations dans la structure.

Les figures suivantes (STEM-HAADF et analyses EDS) comparant deux structures, non dégradée et dégradée permettent d’établir les résultats suivants :



  • la rupture du film mince de TiN qui doit jouer un rôle de barrière de diffusion entre l’or et le titane est probablement le problème majeur dans la suite des défaillances.
  • Une présence révélée de fluor laissant penser à des contaminations de surface lors des procédés de gravure et/ou dépôts. Ce fluor étant réactif avec le titane, il est très probable que cette réaction induise une diminution de la conductivité métallique.
  • La forte migration de l’or notamment à travers les interfaces fragilisées peut s’avérer néfaste avec de forts risques pour les interconnexions (vides, court-circuits).


Images EFTEM montrant la répartition de différents éléments aux interfaces Au/Ti/Si3N4. (Cécile Genevois, GPM)

Pour en savoir plus :
http://www.nanoscalereslett.com/content/6/1/574