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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. - PowerPoint PPT Presentation
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA
MEDIDAS
CAPACITÂNCIA-TENSÃO (C-V)
OU
CORRENTE-TENSÃO (I-V)
cargas móveis no óxido (Qcargas móveis no óxido (QMM) - íons alcalinos) - íons alcalinos
VFB
CAPACITOR MOS
METALÓXIDO
SILÍCIO
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (Qcargas móveis no óxido (QMM) - íons alcalinos) - íons alcalinos
ox
M
ox
fASiFBTH C
qQC
NVV
)2(2
VFB
METALÓXIDO
SILÍCIO
CAPACITOR MOS
TENSÃO DE LIMIAR
P/ óxido de 10nm e QM=6.5x1011cm-2,
VTH=0.1V TENSÃO DE FLAT-BAND
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (Qcargas móveis no óxido (QMM) - íons alcalinos) - íons alcalinos
ox
M
ox
fASiFBTH C
qQC
NVV
)2(2
VFB
CAPACITOR MOS
TENSÃO DE LIMIAR
P/ óxido de 10nm e QM=6.5x1011cm-2,
VTH=0.1V TENSÃO DE FLAT-BAND
NÍVEIS ACEITÁVEIS - QM1010cm-2
METALÓXIDO
SILÍCIO
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV e IxV
Al (150nm)Si
SiOxNyAl
Etapas de Sinterização - a cada 5 min
Ambiente de Gás Verde (92%N2+8%H2)
T: 420°C, t:30 min
Capacitor MOSEstrutura Al/ SiOxNy/Si
Sistema C-V: 1MHz
V: -/+5.0V a +/-5.0V
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV
Tempo de Sinterização:10 minQ0/q: 8.8x1010cm-2; Vfb:-0.9V
231.9
23.78-5.000 5.0000
CDP (pF)
tox = (o. ox.A)/Cmáx
Wd=[(Cmáx/Cmin)-1].(Si.o.A)/Cmáx
Qo/q = [ms - Vfb]. Cmáx/q.A
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV
5 10 15 20 25 301E10
1E11
1E12
RPO N2O (P:1Torr) RPO N2O (P:3Torr) RPO N2O+ N2 (P:1Torr)
DEN
SID
AD
E D
E C
AR
GA
(Qo/
q)
TEMPO DE SINTERIZAÇÃO (min)
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
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV
Cálculo de ox com tox dado pela análise TEM
ox: 3.88 - 4.02
(ox = tox.Cmáx/ o.A)
ox > 3.9 CN<5%
nox/nSiO2 (ox/ SiO2
)1/2
SilOmNp onde x+3y=l, 2x=m e 4y=p
nox = xSiO2+ ySi3N4
nSiO2= 1.46
SiO2= 3.9
-4 -2 0 2 4
0,00E+000
2,00E-011
4,00E-011
6,00E-011
8,00E-011
1,00E-010
1,20E-010
1,40E-010
1,60E-010
1,80E-010
2,00E-010
5N13R9 tox=6.2nm Vfb[V]=-1.1v Qef/q[cm-2]=5.6e11 RS=235 ohms
Y A
xis
Title
X Axis Title
-2 -1 0 1 2
0,00E+000
5,00E-011
1,00E-010
1,50E-010
2,00E-010
2,50E-010
3,00E-010 1N15R9 tox=3.6nm Vfb[V]=-0.77v Qef/q[cm-2]=8.4e+11 RS=270 ohms
Y A
xis
Title
X Axis Title
Curvas C-V (RTO960)Curvas C-V (RTO960)
EOT = 3.6 nm
CONTATO DE AlCONTATO DE AlCAPACITOR MOS
METALÓXIDO
SILÍCIO
EOT = 6.2 nm
C(F
)
C(F
)
Bias (V) Bias (V)
Oxinitreto de Si
Equivalent Oxide ThicknessEOT
C oxide 0
max3.9
Equivalent Oxide ThicknessEOT
C oxide 0
max3.9
MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO-DINÂMICAS)
BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM UM CAPACITOR MOS
Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor
0 ou 1
atualmente256MBits DRAMsA informação armazenada no capacitor espera
para ser lida
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO-DINÂMICAS)
BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM UM CAPACITOR MOS
Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor
0 ou 1
atualmente256MBits DRAMs
IFUGA no capacitor diminui
gradativamente a carga armazenada
A informação armazenada no capacitor espera
para ser lida
Devido à elementos metálicos: Cu, Fe, Au
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO RANDÔMICO-DINÂMICAS)
BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM UM CAPACITOR MOS
Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor
0 ou 1
atualmente256MBits DRAMs
IFUGA no capacitor diminui
gradativamente a carga armazenada
A informação armazenada no capacitor espera
para ser lida
Devido à elementos metálicos: Cu, Fe, Au CENTROS DE RECOMBINAÇÃO
TRAPSrg N
1
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CENTROS DE RECOMBINAÇÃOCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CORRENTE DE FUGA e RUPTURA DIELÉTRICA DOS ÓXIDOS DE PORTA
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV
0 5 10 15 20
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
Cor
rent
e [A
]
Ruptura Dielétrica VBD [V]
VBD: 7.7 V
•
EBD = VBD/tox
Sistema I-V: Tensão de 20V
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV
Regiões de Ruptura Dielétrica
Vbd : 4.7 - 7.7VCampo de Ruptura Dielétrica
Ebd: 11.1 - 18.3MV/cm
*
*
Literatura: Q0/q: 8.5x1010/cm2
Ebd: 8.3MV/cm
Análise de Falha
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
0,01
I= 6e-5 Ap/ V= -1voltY
Axi
s Ti
tle
X Axis Title
COR8
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,01E-9
1E-8
1E-7
1E-6
1E-5
1E-4
1E-3
I= 4e-5 AY
Axi
s Ti
tle
X Axis Title
5N13R8
3.7nm 3.5nm
CONTATO DE AlCONTATO DE AlCAPACITOR MOS
METALÓXIDO
SILÍCIOOxinitreto de Si
Iga t
e (A
)
Vgate (V)
Igat
e (A
)
Vgate (V)
CORRENTE DE FUGA p/ Vg = -1V
CORRENTE DE FUGA x Espessura do ÓxidoI aumentaI aumenta 1 ordem de grandeza para cada decréscimo de
0.2 nm de espessura do óxido de porta
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
•PERFILOMETRIA
•MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (SEM)
•MICROSCOPIA ELETRÔNICA POR TRANSMISSÃO (TEM)
PADRÃO GRAVADO OU ESTRUTURA FORMADO NO SUBSTRATO
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA DEFINIÇÃO DE PADRÕESDEFINIÇÃO DE PADRÕES
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICACORROSÃO NA MICROELETRÔNICAPERFIS DE PERFIS DE ETCHINGSETCHINGS
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE PERFIS DE ETCHINGSETCHINGS
CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE PERFIS DE ETCHINGSETCHINGS
CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA
CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO SECA
CORROSÃO ÚMIDA NA MICROELETRÔNICACORROSÃO ÚMIDA NA MICROELETRÔNICAPRINCIPAIS PRODUTOS P/ PRINCIPAIS PRODUTOS P/ ETCHING ÚMIDAETCHING ÚMIDA
Taxa de Ataque - remoção do SiO2 em BHF
:98nm/min - 110.2nm/min
(Óxido Térmico - 100nm/min)
Perfilometria - Si
SiO2
tox:53.0nm - 182.0nm
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
Mede altura de degraus e/ou poços
0 5 10 15 20
9,5
10,0
10,5
11,0
N2 FLOWS (sccm)
0
20
40
60
80
100
SiNx ECR-CVD 20Ar/200SiH4/5mTorr
1000WECR/1Wrf/200C
BH
F ETC
H R
ATE
(nm/m
in)D
EP
OS
ITIO
N R
ATE
(nm
/min
)
Taxa de deposição e taxa de corrosão em BHF (solução tampão de HF)
MEDIDAS DE ALTURA DE DEGRAU POR PERFILOMETRIAMEDIDAS DE ALTURA DE DEGRAU POR PERFILOMETRIA
Si
SiNx
SEMfeixe de elétrons de alta
energia varrendo a superfície de um material em análise.
TEMfeixe de elétrons de alta
energia incidindo e atravessando um material em
análise.
SEMfeixe de elétrons de alta
energia varrendo a superfície de um material em análise.
TEMfeixe de elétrons de alta
energia incidindo e atravessando 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.
SEMfeixe de elétrons de alta
energia varrendo a superfície de um material em análise.
TEMfeixe de elétrons de alta
energia incidindo e atravessando 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.
SEMfeixe de elétrons de alta
energia varrendo a superfície de um material em análise.
TEMfeixe de elétrons de alta
energia incidindo e atravessando 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.
SEMfeixe de elétrons de alta
energia varrendo a superfície de um material em análise.
Esquema simplificado de um microscopio eletrônico de transmissão – TEM.
oooooooooooo
oooooooooooo
ooooooooo
ooooooooo
oooooooo
oooooooo
º ººº Filamento
Anodo
-300 kv
LentesCondensadoras
ObjetoLentes Objetivas
ImagemIntermediária
LentesProjetoras
Imagem Final
TEMelétron transmitido através da amostramagnificação de
200K a 500K
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
E-beam de 1-40keV Focalizado por lentes eletrostáticas ou magnéticas
Varre em XY a superfície da amostra
Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy
Após corrosão por plasma RIEApós corrosão por plasma RIE::SF6/CF4/O2/Ar = 12.5/4/20/10 sccm,
150W, 60 mTorr, 660V, 30 min, 0.6 m/min, A = 0.95
Formação de resíduos Formação de resíduos e alta rugosidadee alta rugosidade
Substrato de Si mono
PROCESSO HÍBRIDO:CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR
DE MICROONDAS
Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy
Após corrosão por plasma RIEApós corrosão por plasma RIE::SF6/CF4/O2/Ar = 12.5/4/20/10 sccm,
150W, 60 mTorr, 660V, 30 min, 0.6 m/min, A = 0.95
Formação de resíduos Formação de resíduos e alta rugosidadee alta rugosidade
Após processo de limpeza Após processo de limpeza em reator de microondas:em reator de microondas:
Água DI, 640W de potência de W, W, 15min
Melhora MorfologiaMelhora Morfologia
Processo mecânico + contribuição química corrosão por radicais corrosão por radicais OH produzidos por microondasOH produzidos por microondas
Substrato de Si mono
Substrato de Si mono
PROCESSO HÍBRIDO:CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR
DE MICROONDAS
Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy
Após corrosão por plasma RIEApós corrosão por plasma RIE::SF6/CF4/O2/Ar = 12.5/4/20/10 sccm,
150W, 60 mTorr, 660V, 30 min, 0.6 m/min, A = 0.95
Formação de resíduos Formação de resíduos e alta rugosidadee alta rugosidade
Após processo de limpeza Após processo de limpeza em reator de microondas:em reator de microondas:
Água DI, 640W de potência de W, W, 15min
Melhora MorfologiaMelhora Morfologia
Processo mecânico + contribuição química corrosão por radicais corrosão por radicais OH produzidos por microondasOH produzidos por microondas
Substrato de Si mono
Substrato de Si mono
PROCESSO HÍBRIDO:CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR
DE MICROONDAS
Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy
GaAs (p++)
GaAs
InGaP
SiO2Au/Zn GaAs
InGaP
SiO2 CAPA EM SISTEMAS DE LASER III-V
Corrente f(Portadores Presentes)
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
Scanning Electron Microscopy
LOCOS LOCOS LOCOS
Local Oxidation of Silicon (LOCOS) TECHNOLOGY
Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy
LOCAL OXIDATION
SILICON SUBSTRATE
PAD OXIDE PAD OXIDE
SILICONNITRIDE
SILICON NITRIDE
BIRD’S BEAK
LOCOS TECHNOLOGY
SILICON SUBSTRATE
PAD OXIDE PAD OXIDE
SILICONNITRIDE
SILICON NITRIDE
LITOGRAPHY+
SiNx/PADSiO2 ETCHING FOR
ISOLATION AREA DEFINITION
LOCAL OXIDATION
SILICON SUBSTRATE
ACTIVEREGION
ACTIVEREGION
DRY OXIDATION FOR PAD OXIDE
+ SiNx LPCVD
DEPOSITION
WET OXIDATION FOR ISOLATION
THICK OXIDE
LITOGRAPHY+
SiNx/PADSiO2 ETCHING FOR ACTIVE AREA
DEFINITION
Bird’s beak presence reduces
the active areafor
device fabrication
INFLUÊNCIA DA EXPANSÃO DE VOLUME NA TECNOLOGIA DE INFLUÊNCIA DA EXPANSÃO DE VOLUME NA TECNOLOGIA DE ISOLAÇÃO POR OXIDAÇÃO LOCAL (LOCOS)ISOLAÇÃO POR OXIDAÇÃO LOCAL (LOCOS)
Scanning Electron MicroscopyScanning Electron Microscopy
Bird’s beakBird’s beak
Técnicas de MicrofabricaçãoFEEC/CCS-UNICAMP
FONTE: Renato Ribas
Técnicas de Microfabricação
• 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).
FEEC/CCS-UNICAMP
Motivação:
• Crescente interesse em microssistemas integrados.
• Redução do tamanho(peso), melhor desempenho, menor consumo, maior flexibilidade de projeto, menores custos de fabricação em grande escala.
FEEC/CCS-UNICAMP
•Stress do Óxido, Oxinitreto ou Nitreto de Si depositado por CVD
Chemical Vapor Deposition
T baixo : tensivo
T alto : compressivodTEf
f
T
Ts
fTh )(
)1(
2
1
Ef - Módulo de Young do filmef - razão de Poisson do filmes - coef. de expansão térmica do substrato; f - coef. de expansão térmica do filme;
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
FEEC/CCS-UNICAMP
Fabricação/Estruturas SuspensasFEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si <100>Si
Fabricação/Estruturas SuspensasFEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si <100>
DEPOSIÇÃO(SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR)
ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
Si
Fabricação/Estruturas SuspensasFEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si <100>
DEPOSIÇÃO(SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR)
ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
Si
FOTOGRAVAÇÃO + DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA FACE INFERIORSi
Fabricação/Estruturas SuspensasFEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si <100>
DEPOSIÇÃO(SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR)
ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
Si
FOTOGRAVAÇÃO + DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA FACE INFERIORSi
SiCORROSÃO BHF DOS FILMES+ REMOÇÃO DO FR + CERA
Fabricação/Estruturas SuspensasFEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si <100>
DEPOSIÇÃO(SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR)
ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
Si
Si
FOTOGRAVAÇÃO + DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA FACE INFERIORSi
SiCORROSÃO BHF DOS FILMES+ REMOÇÃO DO FR + CERA
CORROSÃO SOLUÇÃO KOHconvencional ou em forno W
Corrosão Úmida Convencional
• Temperatura: 85°C• Concentrações: 1M,
3M, 5M e 10M• Tempo (min): 10, 30,
40, 50, 60, 75 e 90.
FEEC/CCS-UNICAMP
Taxa/Corrosão Si vertical(10M)
1.1m/min
condensador
Corrosão Úmida em Forno W
• Temperatura: ambiente até 180°C
• Concentrações: 1M, 3M e 5M
• Tempo (min): 15 e 30.• Pot W: 80 até 640W
FEEC/CCS-UNICAMP
Forno W (leitura: T e P; controle: Pot W e t)
Porta amostras
teflon
SoluçãoKOH
lâminas Taxa/Corrosão Si vertical(5M/30min/640W/150°C/80atm)
13m/min
Corrosão Úmida em Forno WFEEC/CCS-UNICAMP
Forno W (leitura: T e P; controle: Pot W e t)
Porta amostras
teflon
SoluçãoKOH
lâminas
Corrosãoprocesso natural
Si + 2OH- Si(OH)22+ + 2e-
Si(OH)22+ + 2OH- Si(OH)4 + 2e-
Si(OH)4 + 2e- Si(OH)4 + 2e-
+vibração dos íons OH-
devido ao W
taxa/corrosão
Máscara com Estruturas SuspensasFEEC/CCS-UNICAMP
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
Ponte Suspensa Menor
FEEC/CCS-UNICAMP
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
Ponte Suspensa Menor
FEEC/CCS-UNICAMP
Ponte SuspensaPonte Suspensa
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
Membrana Suspensa Menor
FEEC/CCS-UNICAMP
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
Membrana Suspensa Menor
FEEC/CCS-UNICAMP
TEM
•Clivagem e Encapsulamento
•Polimento Manual - e: 80-100m
•Polimento Mecânico/Esférico - e:10-15m
•Ion-Milling - perfuração da amostra
tox:3.3nm - 5.5nm
Si
Si
SiOx
SiOx
Resina
CápsulaCilíndrica
MONOLAYER INCORPORATION OF NITROGEN DURING REMOTE PLASMA OXYNITRIDATION OF Si in N2O AND N2O/N2.
A.P. SOTERO, J.A. DINIZ, P.J.TATSCH, M.A.A.PUDENZI, R. LANDERS and J.W. SWART. CCS/UNICAMP
Transmission Electron MicroscopyTransmission Electron Microscopy
SiOxNy
SiOx
Image of SiOx/SiO xNy/Si structure of ON1P1 samples with a mgnification of 200Kx
5.5nm
RESINA
SiOx
SiOxNy
Si
Plasma N2O
e: 5.5nm
500Kx
Secção em corte TEM
Secção em corte TEM
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
•AES•EMP•XPS•XRF•RBS •SIMS
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
•AES feixe de elétrons •EMP•XPS•XRF•RBS•SIMS
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
•AES feixe de elétrons •EMP•XPS feixe de R-X•XRF•RBS•SIMS
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
•AES feixe de elétrons •EMP•XPS feixe de R-X•XRF•RBS feixe de íons•SIMS
Estrutura filme/substrato
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição
•AES (Auger Electron Spectrocopy)
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição
•AES (Auger Electron Spectrocopy)•XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
•AES (Auger Electron Spectrocopy)•XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)
Energia de dezenas de keV
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição
•AES (Auger Electron Spectrocopy)•XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)•XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS
SiO2(2p) – 106.3ev
98 100 102 104 106 108 110 1120
1
2
3
4
5
6
7Si(2p) -102.5ev
Inte
nsid
ade
Energia (ev)
N(1s) - 400.8ev
394 396 398 400 402 404 406 408
4.05
4.10
4.15
4.20
4.25
4.30
Inte
nsid
ade
Energia(ev)
Energia de Excitação - 1486.6eV K Al
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição
•AES (Auger Electron Spectrocopy)•XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)•XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)•XRF(X-ray Fluorescence)
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição
•AES (Auger Electron Spectrocopy)•XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)•XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)•XRF(X-ray Fluorescence)•RBS(Rutherford Backscaterring Spectroscopy)
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
RBS(Rutherford Backscaterring Spectroscopy)
He+
1MeV
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição
•AES (Auger Electron Spectrocopy)•XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)•XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)•XRF(X-ray Fluorescence)•RBS(Rutherford Backscaterring Spectroscopy)•SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)
Colisões inelásticas
5eV
SEM
10-100keV
10keV
Colisões elásticas
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
SIMS
– Resulta num perfil químico ( perfil elétrico)– Sensibilidade ~ ppm, ou seja, 1016 a 1017 cm-3.– [O] apresenta menos “knock on” (= perda de resolução
em profundidade), comparado ao [Cs] (mais pesado)– Difícil medir próximo à superfície (junção rasa)
reduzir energia p/ 200 eV a 5 keV.
[O] p/ B e In[Cs] p/ As, P e Sb-melhora ionizaçãoE = 1 a 15 keV
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ON14RT96.3nm
ON15RT95.3nm
ON14CT1011.5nm
ON15CT107nm
interface interface
interface interface
Si-
SiO-
SiN-
O-
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - SIMS
5
3
1
0
LOG
6
4
2
0
CPS
Tempo (s)1000 2000 3000 4000 2000 4000
Tempo (s)
NSiNSi
Plasma N2O Plasma N2O+N2
Feixe O2+: E = 3keV, I = 50nA e = 45°
interface interface
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
•FTIR laser de He-Ne •elipsometria
Estrutura filme/substratomedidas não-destrutivas
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
Estrutura, composição e modo de vibração.
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
Estrutura, composição e modo de vibração.
molécula absorverá energia
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
Estrutura, composição e modo de vibração.
molécula absorverá energia
sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100m)
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
Estrutura, composição e modo de vibração.
molécula absorverá energia
sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100m)
se igualar a freqüência de vibração natural da sua ligação química.
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
Estrutura, composição e modo de vibração.
molécula absorverá energia
sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100m)
se igualar a freqüência de vibração natural da sua ligação química.
movimento vibracional ou rotacional desta ligação causa uma variação do momento dipolar da molécula.
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
Estrutura, composição e modo de vibração.
molécula absorverá energia
sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100m)
se igualar a freqüência de vibração natural da sua ligação química.
movimento vibracional ou rotacional desta ligação causa uma variação do momento dipolar da molécula.
Se não ocorrer variação do momento de dipolo não há absorção de IR
Ex: Vibrações simétricas de ligações O-Si-O ou O-C-O
– – – Si – – O – – Si – – – – – – Si – – O – – – Si – –
ou ou
– – – Si – – O – – Si – – – – – Si – – – O – – Si – – –
(a) (b)
– – – Si – – – O – – – Si – – – – – – Si – – – O – – – Si – – –
(c) (d)
Representação dos modos de vibração de ligações Si-O-Si (a) vibração de estiramento simétrico, (b)
vibração de estiramento assimétrico, (c) vibração de deformação e (d) vibração da flexão do plano.
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
“rocking” (TO1) “bending” (TO2) 450cm-1800cm-1
1075cm-1“Stretching” (TO3)Não há variação do momento de dipolo
Espectro FTIR do SiO2 térmico - referência
ABSORBÂNCIA
“Stretching”TO3
1075 cm-1
“Bending”TO2
800 cm-1
“Rocking”TO1
450 cm-1
Número de Onda (cm-1)
LO3
1254 cm-1
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSCARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOSFTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
•Ligações Si-O
“Stretching” TO3 - 1075cm-1
“Bending” TO2 - 800cm-1
“Rocking” TO1 - 450cm-1
mais forte absorção de IR
LO3 -1254cm-1
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
•Ligações Si-O
“Stretching” TO3 - 1075cm-1
SiOx, x<2 TO3 < 1075cm-1
SiOx, x>2 TO3 > 1075cm-1
“Stretching” TO4 - 1170-1200cm-1
(Movimento de O fora de fase)
“Bending” TO2 - 800cm-1
“Rocking” TO1 - 450cm-1
mais forte absorção de IR
LO3 -1254cm-1
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
•Ligações Si-O
“Stretching” TO3 - 1075cm-1
SiOx, x<2 TO3 < 1075cm-1
SiOx, x>2 TO3 > 1075cm-1
“Stretching” TO4 - 1170-1200cm-1
(Movimento de O fora de fase)
•Ligações Si-N-O
800 -1000cm-1
“Bending” TO2 - 800cm-1
“Rocking” TO1 - 450cm-1
mais forte absorção de IR
LO3 -1254cm-1
•Ligações Si-N 815cm-1
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
ABSORBÂNCIA
1063.1
452.1
804.3
812.3
Número de Onda (cm-1)
1240.5
Si-O
Si-N
OXINITRETO DE Si
DESLOCOU O PICO DE Si-O de 1075 cm-1 para 1063 cm-1
Presença de pico Si-N
Óxido de Si depositado rico em H
Óxido de Si depositado rico em H
Densificação com recozimento
4000 3000 2000 1000
0,0
0,1
0,2
Si-H bonds
N-H bonds
Si-N bonds SiNx ECR
20sccmAr/200sccmSiH4
1000WECR/1Wrf/5mTorr/200C
N2 FLOWS
2.5sccm
5sccm10sccm
20sccm
AB
SO
RB
AN
CE
[A.U
.]
WAVENUMBER [cm-1]
FTIR
4000 3000 2000 1000
0,0
0,1
0,2
Si-H bonds
N-H bonds
Si-N bonds SiNx ECR
20sccmAr/200sccmSiH4
1000WECR/1Wrf/5mTorr/200C
N2 FLOWS
2.5sccm
5sccm10sccm
20sccm
AB
SO
RB
AN
CE
[A.U
.]
WAVENUMBER [cm-1]
FTIRANÁLISE DE SiNx
(LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H)
1,8 2,0 2,2 2,4
830
840
850
860 SiNx ECR 20sccmAr/200sccmSiH
4
1000WECR/1Wrf/5mTorr/200C
WA
VE
NU
MB
ER
[cm
-1]
REFRACTIVE INDEX
4000 3000 2000 1000
0,0
0,1
0,2
Si-H bonds
N-H bonds
Si-N bonds SiNx ECR
20sccmAr/200sccmSiH4
1000WECR/1Wrf/5mTorr/200C
N2 FLOWS
2.5sccm
5sccm10sccm
20sccm
AB
SO
RB
AN
CE
[A.U
.]
WAVENUMBER [cm-1]
FTIRANÁLISE DE SiNx
(LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H)
FTIR (posição do pico principal)versus
elipsometria(índice de refração e espessura)
FTIRVERSUS
ESPESSURA DO FILME
INTENSIDADE ESPESSURA
Elipsometria (índice de refração, coeficiente de absorção e espessura)
•Filme transparente de uma ou mais camadas e de um ou mais materiais sobre um substrato a partir da mudança das características de
polarização da luz refletida por sua superfície e da interface com o substrato
Elipsometria (índice de refração, coeficiente de absorção e espessura)
•Filme transparente de uma ou mais camadas e de um ou mais materiais sobre um substrato a partir da mudança das características de
polarização da luz refletida por sua superfície e da interface com o substrato
•A mudança de estado da polarização da luz depois da reflexão pode ser expressa em função da razão entre os coeficientes de reflexão Rp e Rs
para a luz paralela e perpendicular ao plano de incidência, respectivamente. A expressão complexa:
= Rp/Rs = tg.ei
Elipsometria (índice de refração, coeficiente de absorção e espessura)
•Filme transparente de uma ou mais camadas e de um ou mais materiais sobre um substrato a partir da mudança das características de
polarização da luz refletida por sua superfície e da interface com o substrato
•A mudança de estado da polarização da luz depois da reflexão pode ser expressa em função da razão entre os coeficientes de reflexão Rp e Rs
para a luz paralela e perpendicular ao plano de incidência, respectivamente. A expressão complexa:
= Rp/Rs = tg.ei
define os dois ângulos elipsométricos e , que são denominados ângulo azimutal e de diferença de fase, respectivamente.
Elipsometria (índice de refração, coeficiente de absorção e espessura)
•Filme transparente de uma ou mais camadas e de um ou mais materiais sobre um substrato a partir da mudança das características de
polarização da luz refletida por sua superfície e da interface com o substrato
•A mudança de estado da polarização da luz depois da reflexão pode ser expressa em função da razão entre os coeficientes de reflexão Rp e Rs
para a luz paralela e perpendicular ao plano de incidência, respectivamente. A expressão complexa:
= Rp/Rs = tg.ei
define os dois ângulos elipsométricos e , que são denominados ângulo azimutal e de diferença de fase, respectivamente.
•Estes dois ângulos determinam completamente as duas constantes ópticas n (índice de reflexão) e k (coeficiente de absorção) num meio
refletor.
Elipsometria (índice de refração, coeficiente de absorção e espessura)
•Filme transparente de uma ou mais camadas e de um ou mais materiais sobre um substrato a partir da mudança das características de
polarização da luz refletida por sua superfície
•A mudança de estado da polarização da luz depois da reflexão pode ser expressa em função da razão entre os coeficientes de reflexão Rp e Rs
para a luz paralela e perpendicular ao plano de incidência, respectivamente. A expressão complexa:
= Rp/Rs = tg.ei
define os dois ângulos elipsométricos e , que são denominados ângulo azimutal e de diferença de fase, respectivamente.
•Estes dois ângulos determinam completamente as duas constantes ópticas n (índice de reflexão) e k (coeficiente de absorção) num meio
refletor.
ELIPSOMETRIAELIPSOMETRIA
s
rp
onda incidentelinealmente polarizada
Onda refletidaelipticamentepolarizada
p
sr
=45
F
L
P
(C)
S
Amostra
A
D
Ondaincidente ondarefletida
Mei o 0n=1 k=0
Mei o 1N =n +j K O
1
O 0
O2Subst r at o
ELIPSOMETRIAELIPSOMETRIAELIPSÔMETRO
ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE SiO2
• Diferença de ângulo de polarização = n.360° +
• Diferença de fase = n.360° +
ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE SiO2
ELIPSOMETRIA TAXA DE OXIDAÇÃO
ELIPSOMETRIA COMPOSIÇÃO DE FILMES DE SiOxNy
Espessuras medidas por outras técnicas
ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE Si -POLI
ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE Si -POLI
Microscopia de Força Atômica
LPCVD Vertical para Si-poli
Microscopia de Força Atômica
1. Laser2. Espelho 3. Fotodetector 4. Amplificador 5. Registrador 6. Amostra7. Ponteira (tip)
Mede forças menores que 10-9 N entre a ponteira e a superfíciePode sentir deflexões de até 0,01ÅAnálise em modo de contato; não contato e por diferença de fase
LPCVD Vertical para Si-poli
Microscopia de Força Atômica
1. Laser2. Espelho 3. Fotodetector 4. Amplificador 5. Registrador 6. Amostra7. Ponteira (tip)
Mede forças menores que 10-9 N entre a ponteira e a superfíciePode sentir deflexões de até 0,01ÅAnálise em modo de contato; não contato e por diferença de fase
Medida do E da interação superfície e TIP
LPCVD Vertical para Si-poli
Microscopia de Força Atômica
1. Laser2. Espelho 3. Fotodetector 4. Amplificador 5. Registrador 6. Amostra7. Ponteira (tip)
Mede forças menores que 10-9 N entre a ponteira e a superfíciePode sentir deflexões de até 0,01ÅAnálise em modo de contato; não contato e por diferença de fase
Deflexão do Laser sobre cantilever
Medida do E da interação superfície e TIP
Imagem SCM de amostra deSi c/ I/I de 31P+ 50keV, 1013
cm-2 e RTA de 1050C, 30s.
Alternativa: usar AFM paramedir função trabalho, quedepende da dopagem.
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