Exploration and integration of new devices in a 3D sequential stacking technology

Exploration et intégration de nouveaux dispositifs dans une technologie d'empilement séquentiel 3D La course à la miniaturisation a commencé lorsque la complexité des circuits a augmenté, nécessitant une densité d'intégration plus élevée pour respecter la loi de Moore. Pour répondre à ce besoin, de nouvelles architectures ont été introduites, telles que le transistor SOI et le trigate. Cependant, une autre alternative pour l'augmentation de la densité d'intégration, sans avoir recours à la miniaturisation, a été découverte : elle implique un empilement vertical 3D via l'intégration séquentielle 3D (3DSL). Les Charge Coupled Devices (CCDs), capables de convertir la lumière en charges électriques, ont longtemps dominé le marché des capteurs d'image. Inventé dans les années 1960, le CCD a vu sa fonctionnalité prouvée expérimentalement par la suite. Cependant, le développement des capteurs d'image CMOS a révolutionné la technologie de l'imagerie, grâce à leur fabrication utilisant des procédés standard de Large Scale Integration (LSI) CMOS, contrairement aux CCDs qui nécessitent des procédés spécialisés. Les premiers capteurs d'image MOS sont apparus dans les années 1980, mais n'ont initialement pas fait face à la concurrence des CCDs, qui offraient une qualité d'image supérieure et un faible bruit. Cela a conduit à des efforts pour améliorer les capteurs MOS et le rapport signal/bruit (SNR), aboutissant au développement de capteurs avec amplification dans le pixel. Initialement utilisés dans l'électronique grand public, comme les appareils photo numériques et les téléphones mobiles, les capteurs CMOS sont désormais essentiels dans les applications automobiles, de surveillance et médicales. Ces capteurs offrent des fonctionnalités telles qu'une large plage dynamique et une haute sensibilité, difficiles à atteindre avec les capteurs traditionnels. Cette thèse de doctorat se concentre particulièrement sur l'analyse des dispositifs SOI utilisés dans les applications de capteurs d'image CMOS (CIS) en technologie 3DSL. Cette analyse est réalisée à l'aide de simulations TCAD et de caractérisations électriques. La thèse s'articule autour de trois objectifs principaux : identifier et analyser le comportement des MOSFETs SOI utilisés dans la technologie 3DSL de STMicroelectronics, démontrer la fonctionnalité du MOSFET à drain étendu, appelé "eDMOS", et analyser ses performances, et enfin, comprendre les phénomènes induits par le SOI, tels que les effets de corps flottant.