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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS

CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS. CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA. MEDIDAS CAPACITÂNCIA-TENSÃO (C-V) OU CORRENTE-TENSÃO (I-V). METAL. ÓXIDO. SILÍCIO. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS. cargas móveis no óxido (Q M ) - íons alcalinos. CAPACITOR MOS. V FB. METAL. ÓXIDO. SILÍCIO.

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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS

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Presentation Transcript

  1. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS

  2. CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA MEDIDAS CAPACITÂNCIA-TENSÃO (C-V) OU CORRENTE-TENSÃO (I-V)

  3. METAL ÓXIDO SILÍCIO CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos CAPACITOR MOS VFB

  4. METAL ÓXIDO SILÍCIO CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos CAPACITOR MOS VFB P/ óxido de 10nm e QM=6.5x1011cm-2,  VTH=0.1V TENSÃO DE LIMIAR TENSÃO DE FLAT-BAND

  5. METAL ÓXIDO SILÍCIO CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos CAPACITOR MOS VFB P/ óxido de 10nm e QM=6.5x1011cm-2,  VTH=0.1V TENSÃO DE LIMIAR TENSÃO DE FLAT-BAND NÍVEIS ACEITÁVEIS - QM1010cm-2

  6. Al SiOxNy Si Al (150nm) CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV e IxV Capacitor MOS Estrutura Al/ SiOxNy/Si Sistema C-V: 1MHz V: -/+5.0V a +/-5.0V Etapas de Sinterização - a cada 5 min Ambiente de Gás Verde (92%N2+8%H2) T: 420°C, t:30 min

  7. CDP (pF) 231.9 23.78 0 5.000 -5.000 CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV Tempo de Sinterização:10 min Q0/q: 8.8x1010cm-2; Vfb:-0.9V tox = (o. ox.A)/Cmáx Wd=[(Cmáx/Cmin)-1].(Si.o.A)/Cmáx Qo/q = [ms - Vfb]. Cmáx/q.A

  8. CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV Variação de Densidade de Carga Efetiva p/ Estruturas Al/SiOxNy/Si Q0/q: 1.7x1010cm-2, 5.6x1010cm-2 e 2.3x1011cm-2 Literatura: Q0/q:8.5x1010cm-2 p/ 30min sinterização (Qo/q) 1E12 DENSIDADE DE CARGA 1E11 RPO N2O (P:1Torr) RPO N2O (P:3Torr) RPO N2O+ N2 (P:1Torr) 1E10 5 10 15 20 25 30 TEMPO DE SINTERIZAÇÃO (min)

  9. nSiO2= 1.46 SiO2= 3.9 CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV Cálculo de ox com tox dado pela análise TEM (ox = tox.Cmáx/ o.A) ox: 3.88 - 4.02 nox/nSiO2 (ox/ SiO2)1/2 nox = xSiO2+ ySi3N4 SilOmNp onde x+3y=l, 2x=m e 4y=p ox > 3.9  CN<5%

  10. METAL ÓXIDO SILÍCIO CAPACITOR MOS CONTATO DE Al Oxinitreto de Si Curvas C-V (RTO960) 3.9 Equivalent Oxide Thickness C(F) C(F) Bias (V) Bias (V) EOT = 3.6 nm EOT = 6.2 nm

  11. 3.9 Equivalent Oxide Thickness

  12. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO-DINÂMICAS) BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM UM CAPACITOR MOS A informação armazenada no capacitor espera para ser lida atualmente256MBits DRAMs Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor 0 ou 1

  13. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO-DINÂMICAS) BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM UM CAPACITOR MOS A informação armazenada no capacitor espera para ser lida atualmente256MBits DRAMs Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor IFUGA no capacitor diminui gradativamente a carga armazenada 0 ou 1 Devido à elementos metálicos: Cu, Fe, Au

  14. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO-DINÂMICAS) BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM UM CAPACITOR MOS A informação armazenada no capacitor espera para ser lida atualmente256MBits DRAMs Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor IFUGA no capacitor diminui gradativamente a carga armazenada 0 ou 1 CENTROS DE RECOMBINAÇÃO Devido à elementos metálicos: Cu, Fe, Au

  15. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS CENTROS DE RECOMBINAÇÃO

  16. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS CORRENTE DE FUGA e RUPTURA DIELÉTRICA DOS ÓXIDOS DE PORTA

  17. CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV Sistema I-V: Tensão de 20V EBD = VBD/tox •

  18. CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV Análise de Falha * Regiões de Ruptura Dielétrica Vbd : 4.7 - 7.7V * Campo de Ruptura Dielétrica Ebd: 11.1 - 18.3MV/cm Literatura: Q0/q: 8.5x1010/cm2 Ebd: 8.3MV/cm

  19. METAL ÓXIDO SILÍCIO CAPACITOR MOS CONTATO DE Al Oxinitreto de Si CORRENTE DE FUGA p/ Vg = -1V 3.5nm 3.7nm Igate (A) Igate (A) Vgate (V) Vgate (V)

  20. CORRENTE DE FUGA x Espessura do Óxido I aumenta 1 ordem de grandeza para cada decréscimo de 0.2 nm de espessura do óxido de porta

  21. CARACTERIZAÇÃO FÍSICA • PERFILOMETRIA • MICROSCOPIA ELETRÔNICA • DE VARREDURA (SEM) • MICROSCOPIA ELETRÔNICA • POR TRANSMISSÃO (TEM) PADRÃO GRAVADO OU ESTRUTURA FORMADO NO SUBSTRATO

  22. CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA DEFINIÇÃO DE PADRÕES

  23. CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS

  24. CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA

  25. CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO SECA

  26. CORROSÃO ÚMIDA NA MICROELETRÔNICA PRINCIPAIS PRODUTOS P/ ETCHING ÚMIDA

  27. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS Mede altura de degraus e/ou poços SiO2 Perfilometria - Si tox:53.0nm - 182.0nm Taxa de Ataque - remoção do SiO2 em BHF :98nm/min - 110.2nm/min (Óxido Térmico - 100nm/min)

  28. MEDIDAS DE ALTURA DE DEGRAU POR PERFILOMETRIA Taxa de deposição e taxa de corrosão em BHF (solução tampão de HF) SiNx Si

  29. SEM feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise.

  30. TEM SEM feixe de elétrons de alta energia incidindo e atravessando um material em análise. feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise.

  31. TEM SEM feixe de elétrons de alta energia incidindo e atravessando um material em análise. feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. interação dessa radiação ionizante com a matéria resultam sinais secundários com informações sobre a estrutura e a composição química do material.

  32. TEM SEM feixe de elétrons de alta energia incidindo e atravessando um material em análise. feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. interação dessa radiação ionizante com a matéria resultam sinais secundários com informações sobre a estrutura e a composição química do material. SEM e TEM baseia-se no fato de que é possível focalizar elétrons.

  33. TEM SEM feixe de elétrons de alta energia incidindo e atravessando um material em análise. feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. interação dessa radiação ionizante com a matéria resultam sinais secundários com informações sobre a estrutura e a composição química do material. SEM e TEM baseia-se no fato de que é possível focalizar elétrons. lentes eletrostáticas ou magnéticas, capazes de agrupar os elétrons que saem em diferentes direções, em um único ponto.

  34. TEM elétron transmitido através da amostra magnificação de 200K a 500K

  35. CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS Scanning Electron Microscopy ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV E-beam de 1-40keV Focalizado por lentes eletrostáticas ou magnéticas Varre em XY a superfície da amostra

  36. PROCESSO HÍBRIDO: CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR DE MICROONDAS Formação de resíduos e alta rugosidade Após corrosão por plasma RIE: SF6/CF4/O2/Ar = 12.5/4/20/10 sccm, 150W, 60 mTorr, 660V, 30 min, 0.6 mm/min, A = 0.95 Substrato de Si mono Scanning Electron Microscopy

  37. PROCESSO HÍBRIDO: CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR DE MICROONDAS Formação de resíduos e alta rugosidade Após corrosão por plasma RIE: SF6/CF4/O2/Ar = 12.5/4/20/10 sccm, 150W, 60 mTorr, 660V, 30 min, 0.6 mm/min, A = 0.95 Substrato de Si mono Scanning Electron Microscopy Após processo de limpeza em reator de microondas: Água DI, 640W de potência de mW, 15min Melhora Morfologia Processo mecânico + contribuição química  corrosão por radicais OH produzidos por microondas Substrato de Si mono

  38. PROCESSO HÍBRIDO: CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR DE MICROONDAS Formação de resíduos e alta rugosidade Após corrosão por plasma RIE: SF6/CF4/O2/Ar = 12.5/4/20/10 sccm, 150W, 60 mTorr, 660V, 30 min, 0.6 mm/min, A = 0.95 Substrato de Si mono Scanning Electron Microscopy Após processo de limpeza em reator de microondas: Água DI, 640W de potência de mW, 15min Melhora Morfologia Processo mecânico + contribuição química  corrosão por radicais OH produzidos por microondas Substrato de Si mono

  39. Au/Zn SiO2 InGaP GaAs GaAs (p++) CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS SiO2 CAPA EM SISTEMAS DE LASER III-V Scanning Electron Microscopy InGaP GaAs Corrente f(Portadores Presentes)

  40. Scanning Electron Microscopy Local Oxidation of Silicon (LOCOS) TECHNOLOGY

  41. LOCOS TECHNOLOGY DRY OXIDATION FOR PAD OXIDE + SiNx LPCVD DEPOSITION WET OXIDATION FOR ISOLATION THICK OXIDE Bird’s beak presence reduces the active area for device fabrication LITOGRAPHY + SiNx/PADSiO2 ETCHING FOR ISOLATION AREA DEFINITION LITOGRAPHY + SiNx/PADSiO2 ETCHING FOR ACTIVE AREA DEFINITION

  42. Scanning Electron Microscopy INFLUÊNCIA DA EXPANSÃO DE VOLUME NA TECNOLOGIA DE ISOLAÇÃO POR OXIDAÇÃO LOCAL (LOCOS) Bird’s beak

  43. Técnicas de Microfabricação FEEC/CCS-UNICAMP FONTE: Renato Ribas

  44. Técnicas de Microfabricação FEEC/CCS-UNICAMP • Remoção do substrato pela face anterior ou frontal ( front side micromachining); • Remoção do substrato pela face posterior (back-side micromachining); • Remoção de camadas sacrificiais da superficie do substrato (surface micromaching).

  45. Motivação: FEEC/CCS-UNICAMP • Crescente interesse em microssistemas integrados. • Redução do tamanho(peso), melhor desempenho, menor consumo, maior flexibilidade de projeto, menores custos de fabricação em grande escala.

  46. Chemical Vapor Deposition Stress do Óxido, Oxinitreto ou Nitreto de Si depositado por CVD T baixo : tensivo T alto : compressivo Ef - Módulo de Young do filme nf - razão de Poisson do filme as - coef. de expansão térmica do substrato; af - coef. de expansão térmica do filme;

  47. FEEC/CCS-UNICAMP Nitreto de Silício (SiNx) para proteção da superfície de Si • Estruturas SiNx/Si: Alta seletividade na corrosão por KOH107 • Filmes de nitreto de silício utilizados: • RPCVD (remote plasma chemical vapor deposition) • ECR (electron cyclotron resonance) • Filmes para comparação: • Óxido de silício térmico • Óxido de silício depositado por plasma ECR

  48. Fabricação/Estruturas Suspensas FEEC/CCS-UNICAMP LIMPEZA RCA - Si <100> Si

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