Qu'est-ce que EOT (épaisseur d'oxyde équivalente) ?
Épaisseur d'un film de SiO2 donnant la même capacité de grille qu'un isolant de grille, par exemple high-k. Même avec un film physiquement épais, l'EOT peut être faible, ce qui assure la capacité de grille tout en limitant le courant tunnel.
Nom japonais: EOT(等価酸化膜厚)
« EOT (épaisseur d'oxyde équivalente) » apparaît dans 7 questions d'entraînement réparties sur 4 thèmes, dont Oxydation et diffusion, Transistors avancés (FinFET et GAA), Physique des semi-conducteurs.
Domaine: Transistors avancés (FinFET et GAA)
Calcul de l'EOT
La capacité de grille par unité de surface vaut ε/t ; tout diélectrique peut donc être converti en l'épaisseur de SiO2 (permittivité relative 3,9) qui donne la même capacité : EOT = épaisseur physique × 3,9/ε. Pour un film high-k de ε = 20, environ 5 nm de film physique donnent 1 nm d'EOT. Un empilement de grille réel comporte plusieurs couches en série, dont les EOT s'additionnent simplement : une fine couche interfaciale de SiO2 compte pour son épaisseur réelle, tandis que la couche high-k au-dessus ne contribue que pour son épaisseur multipliée par 3,9/ε.
Pourquoi les diélectriques de grille sont passés au high-k
Réduire la taille d'un transistor exige une capacité de grille plus élevée pour que la grille garde le contrôle du canal. Avec du SiO2 pur, cela signifie un film plus mince, mais le courant tunnel direct à travers l'oxyde augmente exponentiellement à mesure que le film s'amincit, et en dessous d'environ 2 nm la fuite de grille devient un problème sérieux de consommation et de fiabilité. Un matériau high-k comme l'oxyde d'hafnium (HfO2, ε d'environ 20–25) fournit la même capacité avec un film physiquement bien plus épais : l'effet tunnel est supprimé tandis que l'EOT continue de diminuer. L'oxynitrure de silicium (SiON, ε d'environ 5–6) a constitué l'étape intermédiaire, également apprécié pour bloquer la pénétration du bore.
EOT et CET
L'EOT est une propriété du seul empilement diélectrique. L'épaisseur équivalente en capacité (CET), extraite d'une capacité mesurée en inversion, est plus grande, car la charge de la couche d'inversion culmine à environ 1 nm sous l'interface en raison du confinement quantique, ce qui ajoute environ 0,3–0,4 nm en équivalent SiO2. Avec des grilles en polysilicium, la déplétion dans l'électrode de grille ajoute encore une contribution ; les grilles métalliques suppriment ce terme, ce qui explique en partie l'association du high-k aux grilles métalliques. À mesure que l'EOT diminue, ces pénalités fixes représentent une part croissante de l'épaisseur électrique.
Questions fréquentes
Que signifie EOT en microélectronique ?
EOT signifie equivalent oxide thickness (épaisseur d'oxyde équivalente) : l'épaisseur de SiO2 qui donnerait la même capacité de grille que le diélectrique de grille réel. Elle permet de comparer sur une même échelle des empilements composés de matériaux différents.
Comment convertir l'épaisseur d'un film high-k en EOT ?
On multiplie l'épaisseur physique par 3,9 divisé par la permittivité relative du film. Par exemple, 3 nm d'un film de ε = 22 correspondent à environ 0,53 nm d'EOT, auxquels il faut ajouter l'EOT propre de la couche interfaciale.
Quelle est la différence entre EOT et CET ?
L'EOT ne décrit que l'empilement diélectrique, tandis que la CET est l'épaisseur électrique déduite de la capacité mesurée en inversion. La CET est plus grande en raison du recul quantique de la charge d'inversion et, avec des grilles en polysilicium, de la déplétion de grille.