[ca] Des dels seus inicis fa unes quatre dècades, la tecnologia microelectrònica ha anat reduint contínuament les dimensions dels dispositius, per tal d'oferir millors prestacions. Actualment les dimensions d'interès dels dispositius han entrat profundament en el rang nanomètric. Com exemples representatius, la longitud de porta i el gruix de l'òxid de porta (SiO2) dels transistors MOS està per sota dels 100nm i d'uns 2nm, respectivament. Dos dels problemes més importants amb que es troba la indústria microelectrònica a l'hora de continuar millorant les característiques dels dispositius tenen el seu origen en la reducció dels dos paràmetres esmentats anteriorment: - Com reduir la longitud de porta fins a poques desenes de nm i - Com solucionar els problemes associats al corrent túnel tant gran que es té en òxids de porta tant extremadament prims. Per reduir la longitud de porta, i les dimensions superficials de les estructures en general, s'estan seguint dues tendències: per un costat continuar amb la fotolitografia convencional però utilitzant cada vegada radiacions amb longitud d'ona més curta, i per altra banda la utilització de tècniques radicalment noves com les microscopies de sonda propera. Entre aquestes darreres cal destacar la microscopia de forces atòmiques (AFM), que permet fer oxidacions locals amb dimensions laterals mínimes de l'ordre de 10nm i dimensions verticals per sota de 1nm. - En aquesta tesi s'ha utilitzat aquest òxid crescut amb AFM com a dielèctric de porta en estructures MOS i s'ha caracteritzat amb Conductive-AFM (CAFM) tant a nivell microestructural com elèctric. A més, s'ha integrat l'oxidació amb AFM dintre d'un procés CMOS estàndard. Una de les estratègies principals que s'ha proposat per reduir el corrent túnel que es té a través de l'òxid de porta (que provoca un augment del consum d'energia del dispositiu inacceptable) és la substitució del SiO2 per altres materials amb permitivitat més alta (H-K materials), com el HfO2 o el ZrO2. Aquests materials H-K permetran assolir el gruix d'òxid equivalent necessari, però, amb un gruix físic més gran, reduint així dràsticament el corrent túnel. En aquesta tesi s'ha: - Caracteritzat microestructural i elèctricament amb CAFM alguns dels materials H-K amb més possibilitats de substituir al SiO2 per tal d'ampliar el coneixement sobre les seves propietats elèctriques. -Estudiat (principalment amb CAFM) la degradació i ruptura dielèctrica en estructures MOS amb dielèctric de porta H-K, i s'han proposat models per aquests fenòmens que permeten millorar les prediccions sobre la seva fiabilitat.

[en] Since its early days, microelectronics has always searched for smaller devices in order to increase the performance of its products. At present, this means that the dimensions of the electronic devices have deeply entered into the nanometric range. At this scale, two of the main showstoppers related to MOS fabrication and reliability are: - From a lateral size viewpoint, how to define smaller patterns, and - From a vertical dimension viewpoint, how to reduce the tunneling current through the ultra thin SiO2 layers used as the GOX. To achieve the demanded lateral dimensions, nanofabrication has evolved following mainly two strategies: on the one hand, the standard photolithographic process resolution has been improved by using for instance shorter wavelengths, whereas, on the other, several new techniques such as Atomic Force Microscopy (AFM) oxidation, based on completely different working principles than standard photolithography, have emerged. AFM can oxidize with lateral resolution of a few nm and with a vertical resolution below the nm. - In this Thesis AFM grown SiO2 has been used as the gate oxide in MOS structures, and it has been characterized by Conductive-AFM (CAFM). Moreover, AFM oxidation has been integrated in a standard CMOS process. In order to reduce the tunneling current, one of the several solutions proposed is replacing thermal SiO2 by another material with a higher dielectric constant (known as high-k materials) such as HfO2 or ZrO2. High-k materials could allow to reach the required equivalent oxide thickness, but with a larger physical oxide thickness, which reduces the leakage current drastically. In this Thesis: - Some of these high-k materials has been studied by CAFM in order to analyze their electrical properties. - The electrical degradation and breakdown of HfO2/SiO2 stacks have been analyzed by CAFM in order to study their dielectric reliability.