Dans les technologies CMOS avancées, les défauts microscopiques localisées à l'interface Si (Nit) ou dans l'oxyde de grille (Nox) dégradent les performances des transistors CMOS, en augmentant le bruit de basse fréquence (LFN). Ces défauts sont généralement induits par le processus de fabrication ou par le vieillissement de l'appareil sous tension électrique (BTI, porteurs chauds). Dans des transistors canal SiGe ou III-V, leur densité est beaucoup plus élevé que dans le silicium et leur nature microscopique est encore inconnue. En outre, en sub 10 nm 3D comme nanofils, ces défauts répartis spatialement induisent des effets stochastiques typiques responsables de la "variabilité temporelle" de la performance de l'appareil. Cette nouvelle composante dynamique de la variabilité doit maintenant être envisagée en plus de la variabilité statique bien connu pour obtenir circuits fonctionnels et fiables. Aujourd'hui donc, il devient essentiel de bien comprendre les mécanismes de piégeage induites par ces défauts afin de concevoir et fabriquer des technologies CMOS robustes et fiables pour les nœuds de sub 10 nm. / In advanced CMOS technologies, microscopic defects localized at the Si interface (Nit) or within the gate oxide (Nox) degrade the performance of CMOS transistors, by increasing the low frequency noise (LFN). These defects are generally induced by the fabrication process or by the ageing of the device under electrical stress (BTI, Hot Carriers). In SiGe or III-V channel transistors, their density is much higher than in silicon and their microscopic nature still is unknown. In addition, in sub 10nm 3D like nanowires, these spatially distributed defects induce typical stochastic effects responsible for “temporal variability” of the device performance. This new dynamic variability component must now be considered in addition of the well-known static variability to obtain functional and reliable circuits. Therefore today it becomes essential to well understand the trapping mechanisms induced by these defects in order to design & fabricate robust and reliable CMOS technologies for sub 10nm nodes.

L’évolution des performances des dispositifs microélectroniques se heurte aux limites de la miniaturisation. Les contraintes mécaniques constituent un levier potentiel pour dépasser ces limitations. Il est cependant indispensable de bien maitriser leur génération et de connaitre leur influence sur le transport dans le canal. L’objectif de cette thèse vise à étudier l’évolution de la contrainte mécanique en technologie CMOS et son influence sur le transport électronique dans des technologies sub-20nm réalistes. Ce travail s’appuie sur des simulations mécaniques bidimensionnelles. Différentes architectures TriGate et FDSOI sont alors étudiées. Les contraintes obtenues sont comparées à des mesures issues de la diffraction électronique. Plusieurs méthodes de caractérisation électrique et d’extraction de paramètres de transistor MOS sont utilisées. Parmi elles figurent notamment la technique de l’extraction de la mobilité par magnétorésistance. Nous analysons les variations de mobilité en fonction des dimensions et de leur impact sur la contrainte mécanique. Enfin nous utilisons la simulation TCAD pour explorer le potentiel de nouvelles briques technologiques innovantes en voie de développement pour des générations ultérieures. Parmi elles, citons l’intégration des zones fortement contraintes par des source-drains en SiGe à fort pourcentage en germanium ou l’impact des relaxations introduites par l’utilisation des grilles sacrificielles au cours de la fabrication. Dans cette perspective, des simulations électriques basées sur une approche piézo-résistive deviennent indispensables. / In microelectronic, the device's performance evolution is limited by the down-scaling. The mechanical stresses are a potential mobility booster to overcome these limitations. However it is essential to properly control their process integration and to understand their influence on channel transport. The aim of this thesis is to study the mechanical stress evolution in CMOS technology and its impact on electronic transport in sub-20nm realistic technologies. This work is based on bidimensional mechanical simulations. Different architectures FDSOI and TriGate are then studied. The simulated stress maps are compared to experimental characterization from electron diffraction. Several methods of electrical characterization and extraction of MOS transistor are used, especially the magnetoresistance technique. We analyze the mechanical stress impact on the mobility variations according to geometrical dimensions. Finally, we use the TCAD simulation in order to explore the potential of new innovative devices under development for future generations. Among them, the integration of high germanium concentration in source-drain regions or the impact of relaxations induced by dummy gates in process flow. In this perspective, electrical simulations based on piezoresistive approach become essential.