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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
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CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA
MEDIDAS CAPACITÂNCIA-TENSÃO (C-V) OU CORRENTE-TENSÃO (I-V)
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos CAPACITOR MOS METAL ÓXIDO SILÍCIO VFB
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos CAPACITOR MOS METAL ÓXIDO SILÍCIO VFB P/ óxido de 10nm e QM=6.5x1011cm-2, VTH=0.1V TENSÃO DE LIMIAR TENSÃO DE FLAT-BAND
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NÍVEIS ACEITÁVEIS - QM1010cm-2
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos CAPACITOR MOS METAL ÓXIDO SILÍCIO VFB P/ óxido de 10nm e QM=6.5x1011cm-2, VTH=0.1V TENSÃO DE LIMIAR TENSÃO DE FLAT-BAND NÍVEIS ACEITÁVEIS - QM1010cm-2
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CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV e IxV
Capacitor MOS Estrutura Al/ SiOxNy/Si Al (150nm) Si SiOxNy Al 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
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CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV
231.9 23.78 -5.000 5.000 CDP (pF) 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
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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)
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ox: 3.88 - 4.02 ox > 3.9 CN<5%
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV Cálculo de ox com tox dado pela análise TEM (ox = tox.Cmáx/ o.A) ox: nox/nSiO2 (ox/ SiO2)1/2 nSiO2= 1.46 SiO2= 3.9 nox = xSiO2+ ySi3N4 SilOmNp onde x+3y=l, 2x=m e 4y=p ox > 3.9 CN<5%
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CONTATO DE Al EOT = 3.6 nm EOT = 6.2 nm
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
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3.9 Equivalent Oxide Thickness
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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 atualmente256MBits DRAMs Escreve ou acessa a informação armazenada no capacitor 0 ou 1
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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 atualmente256MBits 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
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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 atualmente256MBits 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
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS CENTROS DE RECOMBINAÇÃO
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS CORRENTE DE FUGA e RUPTURA DIELÉTRICA
DOS ÓXIDOS DE PORTA
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CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV Sistema I-V: Tensão de 20V
EBD = VBD/tox •
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CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV
Análise de Falha * Regiões de Ruptura Dielétrica Vbd : V * Campo de Ruptura Dielétrica Ebd: MV/cm Literatura: Q0/q: 8.5x1010/cm2 Ebd: 8.3MV/cm
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CORRENTE DE FUGA p/ Vg = -1V
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)
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CORRENTE DE FUGA x Espessura do Óxido
I aumenta 1 ordem de grandeza para cada decréscimo de nm de espessura do óxido de porta
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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
PERFILOMETRIA MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (SEM) POR TRANSMISSÃO (TEM) PADRÃO GRAVADO OU ESTRUTURA FORMADO NO SUBSTRATO
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CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA
DEFINIÇÃO DE PADRÕES
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CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA
PERFIS DE ETCHINGS
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CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA
PERFIS DE ETCHINGS CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA
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CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA
PERFIS DE ETCHINGS CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO SECA
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CORROSÃO ÚMIDA NA MICROELETRÔNICA PRINCIPAIS PRODUTOS P/ ETCHING ÚMIDA
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
Mede altura de degraus e/ou poços SiO2 Perfilometria - Si tox:53.0nm nm Taxa de Ataque - remoção do SiO2 em BHF :98nm/min nm/min (Óxido Térmico - 100nm/min)
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MEDIDAS DE ALTURA DE DEGRAU POR PERFILOMETRIA
Taxa de deposição e taxa de corrosão em BHF (solução tampão de HF) SiNx Si
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SEM feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise.
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SEM TEM feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. feixe de elétrons de alta energia incidindo e atravessando um material em análise.
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interação dessa radiação ionizante com a matéria resultam
SEM TEM feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. feixe 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.
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interação dessa radiação ionizante com a matéria resultam
SEM TEM feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. feixe 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.
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interação dessa radiação ionizante com a matéria resultam
SEM TEM feixe de elétrons de alta energia varrendo a superfície de um material em análise. feixe 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.
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elétron transmitido através da amostra
TEM elétron transmitido através da amostra magnificação de 200K a 500K
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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
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CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR DE MICROONDAS
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
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CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR DE MICROONDAS
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
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CORROSÃO POR PLASMA + LIMPEZA EM REATOR DE MICROONDAS
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
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SiO2 CAPA EM SISTEMAS DE LASER III-V
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS SiO2 CAPA EM SISTEMAS DE LASER III-V Scanning Electron Microscopy InGaP GaAs (p++) GaAs InGaP SiO2 Au/Zn GaAs Corrente f(Portadores Presentes)
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Scanning Electron Microscopy
Local Oxidation of Silicon (LOCOS) TECHNOLOGY
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LOCOS TECHNOLOGY Bird’s beak presence reduces the active area for
LITOGRAPHY + SiNx/PADSiO2 ETCHING FOR ISOLATION AREA DEFINITION DRY OXIDATION FOR PAD OXIDE SiNx LPCVD DEPOSITION WET OXIDATION FOR ISOLATION THICK OXIDE ACTIVE AREA DEFINITION Bird’s beak presence reduces the active area for device fabrication
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Scanning Electron Microscopy
INFLUÊNCIA DA EXPANSÃO DE VOLUME NA TECNOLOGIA DE ISOLAÇÃO POR OXIDAÇÃO LOCAL (LOCOS) Bird’s beak
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Técnicas de Microfabricação
FEEC/CCS-UNICAMP FONTE: Renato Ribas
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Técnicas de Microfabricação
FEEC/CCS-UNICAMP 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).
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Motivação: Crescente interesse em microssistemas integrados.
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.
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Stress do Óxido, Oxinitreto ou Nitreto de Si depositado por CVD
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;
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Nitreto de Silício (SiNx) para proteção da superfície de Si
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
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Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP Si LIMPEZA RCA - Si <100>
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Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP Si LIMPEZA RCA - Si <100> DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2) Si
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Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP Si LIMPEZA RCA - Si <100> DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2) Si Si FOTOGRAVAÇÃO + DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA FACE INFERIOR
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Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP Si LIMPEZA RCA - Si <100> DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2) Si Si FOTOGRAVAÇÃO + DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA FACE INFERIOR CORROSÃO BHF DOS FILMES + REMOÇÃO DO FR + CERA Si
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Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP Si LIMPEZA RCA - Si <100> DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2) Si Si FOTOGRAVAÇÃO + DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA FACE INFERIOR CORROSÃO BHF DOS FILMES + REMOÇÃO DO FR + CERA Si Si CORROSÃO SOLUÇÃO KOH convencional ou em forno mW
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Corrosão Úmida Convencional
FEEC/CCS-UNICAMP Temperatura: 85°C Concentrações: 1M, 3M, 5M e 10M Tempo (min): 10, 30, 40, 50, 60, 75 e 90. condensador Taxa/Corrosão Si vertical (10M) 1.1mm/min
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Corrosão Úmida em Forno mW
FEEC/CCS-UNICAMP Forno mW (leitura: T e P; controle: Pot mW e t) Temperatura: ambiente até 180°C Concentrações: 1M, 3M e 5M Tempo (min): 15 e 30. Pot mW: 80 até 640W Porta amostras teflon Taxa/Corrosão Si vertical (5M/30min/640W/150°C/80atm) 13mm/min Solução KOH lâminas
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Corrosão Úmida em Forno mW
FEEC/CCS-UNICAMP Forno mW (leitura: T e P; controle: Pot mW e t) Corrosão processo natural Si + 2OH- Si(OH) e- Si(OH) OH- Si(OH)4 + 2e- Si(OH)4 + 2e- Si(OH)4 + 2e- + vibração dos íons OH- devido ao mW taxa/corrosão Porta amostras teflon Solução KOH lâminas
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Máscara com Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP Máscara com Estruturas Suspensas
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Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP Ponte Suspensa Menor
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Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv. Ponte Suspensa Ponte Suspensa Menor
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Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP Membrana Suspensa Menor
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Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP Membrana Suspensa Menor
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TEM tox:3.3nm - 5.5nm Si Si Clivagem e Encapsulamento
Resina Si SiOx SiOx Cápsula Cilíndrica Si Clivagem e Encapsulamento Polimento Manual - e: m Polimento Mecânico/Esférico - e:10-15m Ion-Milling - perfuração da amostra tox:3.3nm - 5.5nm
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Transmission Electron Microscopy Transmission Electron Microscopy
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 Microscopy Transmission Electron Microscopy SiOx 5.5nm SiOxNy Image of SiO / SiO N /Si structure of ON1P1 samples x x y with a mgnification of 200Kx
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Plasma N2O e: 5.5nm RESINA SiOx SiOxNy Si 500Kx
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Secção em corte TEM
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Secção em corte TEM
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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
AES EMP XPS XRF RBS SIMS
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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
AES feixe de elétrons EMP XPS XRF RBS SIMS
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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
AES feixe de elétrons EMP XPS feixe de R-X XRF RBS SIMS
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Estrutura filme/substrato
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA AES feixe de elétrons EMP XPS feixe de R-X XRF RBS feixe de íons SIMS Estrutura filme/substrato
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV AES (Auger Electron Spectrocopy)
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV AES (Auger Electron Spectrocopy) XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe)
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
AES (Auger Electron Spectrocopy) XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe) Energia de dezenas de keV
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV AES (Auger Electron Spectrocopy) XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe) XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)
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CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS
Energia de Excitação eV K Al SiO2(2p) – 106.3ev 98 100 102 104 106 108 110 112 1 2 3 4 5 6 7 Si(2p) ev Intensidade Energia (ev) N(1s) ev 4.05 4.10 4.15 4.20 4.25 4.30 Intensidade 394 396 398 400 402 404 406 408 Energia(ev)
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CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV AES (Auger Electron Spectrocopy) XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe) XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) XRF(X-ray Fluorescence)
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV 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)
80
RBS(Rutherford Backscaterring Spectroscopy)
1MeV
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
ANÁLISES DE SUPERFÍCIE OU DE PEQUENA PROFUNDIDADE composição Colisões inelásticas Colisões elásticas 10-100keV 5eV SEM 10keV 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)
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CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
[O] p/ B e In [Cs] p/ As, P e Sb melhora ionização E = 1 a 15 keV 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.
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ON15RT9 ON14RT9 interface interface ON15CT10 ON14CT10 interface
5.3nm ON14RT9 6.3nm Si- O- SiO- SiN- interface interface ON15CT10 7nm ON14CT10 11.5nm interface interface
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CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - SIMS
Feixe O2+: E = 3keV, I = 50nA e = 45° LOG 6 4 2 CPS Plasma N2O Plasma N2O+N2 5 interface interface 3 NSi NSi 1 1000 2000 3000 4000 2000 4000 Tempo (s) Tempo (s)
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CARACTERIZAÇÃO FÍSICA
FTIR laser de He-Ne elipsometria Estrutura filme/substrato medidas não-destrutivas
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FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos Estrutura, composição e modo de vibração.
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FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos Estrutura, composição e modo de vibração. molécula absorverá energia
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FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos Estrutura, composição e modo de vibração. molécula absorverá energia sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100mm)
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FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos Estrutura, composição e modo de vibração. molécula absorverá energia sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100mm) se igualar a freqüência de vibração natural da sua ligação química.
91
FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos Estrutura, composição e modo de vibração. molécula absorverá energia sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100mm) 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.
92
FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos Estrutura, composição e modo de vibração. molécula absorverá energia sempre que a freqüência da radiação incidente - IR (2-100mm) 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
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CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
Não há variação do momento de dipolo 1075cm-1 “Stretching” (TO3) 800cm-1 450cm-1 “bending” (TO2) “rocking” (TO1)
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FTIR - Fourier Transform Infra-Red
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS FTIR - Fourier Transform Infra-Red Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos Átomos A B S O R B Â N C I A “Stretching” TO3 1075 cm-1 “Bending” TO2 800 cm-1 “Rocking” TO1 450 cm-1 Número de Onda (cm-1) LO3 1254 cm-1 Espectro FTIR do SiO2 térmico - referência
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CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR mais forte absorção de IR
Ligações Si-O “Rocking” TO cm-1 “Bending” TO cm-1 “Stretching” TO cm-1 mais forte absorção de IR LO cm-1
96
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR mais forte absorção de IR
SiOx, x<2 TO3 < 1075cm-1 Ligações Si-O SiOx, x>2 TO3 > 1075cm-1 “Rocking” TO cm-1 “Stretching” TO cm-1 (Movimento de O fora de fase) “Bending” TO cm-1 “Stretching” TO cm-1 mais forte absorção de IR LO cm-1
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CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR mais forte absorção de IR
SiOx, x<2 TO3 < 1075cm-1 Ligações Si-O SiOx, x>2 TO3 > 1075cm-1 “Rocking” TO cm-1 “Stretching” TO cm-1 (Movimento de O fora de fase) “Bending” TO cm-1 “Stretching” TO cm-1 mais forte absorção de IR Ligações Si-N-O cm-1 LO cm-1 Ligações Si-N 815cm-1
98
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
OXINITRETO DE Si Presença de pico Si-N Si-O 1063.1 ABSORBÂNCIA DESLOCOU O PICO DE Si-O de 1075 cm-1 para 1063 cm-1 Si-N 812.3 452.1 1240.5 804.3 Número de Onda (cm-1)
99
Óxido de Si depositado rico em H
100
Óxido de Si depositado rico em H
Densificação com recozimento
101
FTIR
102
(LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H)
FTIR ANÁLISE DE SiNx (LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H)
103
FTIR ANÁLISE DE SiNx FTIR (posição do pico principal) versus
(LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H) FTIR (posição do pico principal) versus elipsometria (índice de refração e espessura)
104
FTIR VERSUS ESPESSURA DO FILME INTENSIDADE ESPESSURA
105
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
106
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
107
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.
108
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.
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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.
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ELIPSOMETRIA
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ELIPSOMETRIA ELIPSÔMETRO
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ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE SiO2
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ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE SiO2
Diferença de ângulo de polarização = n.360° + Y Diferença de fase = n.360° + D
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ELIPSOMETRIA TAXA DE OXIDAÇÃO
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ELIPSOMETRIA COMPOSIÇÃO DE FILMES DE SiOxNy
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Espessuras medidas por outras técnicas
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ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE Si -POLI
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ELIPSOMETRIA ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE Si -POLI
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Microscopia de Força Atômica
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Microscopia de Força Atômica
LPCVD Vertical para Si-poli Microscopia de Força Atômica 1. Laser 2. Espelho 3. Fotodetector 4. Amplificador 5. Registrador 6. Amostra 7. Ponteira (tip) Mede forças menores que 10-9 N entre a ponteira e a superfície Pode sentir deflexões de até 0,01Å Análise em modo de contato; não contato e por diferença de fase
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Microscopia de Força Atômica
LPCVD Vertical para Si-poli Microscopia de Força Atômica 1. Laser 2. Espelho 3. Fotodetector 4. Amplificador 5. Registrador 6. Amostra 7. Ponteira (tip) Medida do E da interação superfície e TIP Mede forças menores que 10-9 N entre a ponteira e a superfície Pode sentir deflexões de até 0,01Å Análise em modo de contato; não contato e por diferença de fase
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Microscopia de Força Atômica
LPCVD Vertical para Si-poli Microscopia de Força Atômica Deflexão do Laser sobre cantilever 1. Laser 2. Espelho 3. Fotodetector 4. Amplificador 5. Registrador 6. Amostra 7. Ponteira (tip) Medida do E da interação superfície e TIP Mede forças menores que 10-9 N entre a ponteira e a superfície Pode sentir deflexões de até 0,01Å Análise em modo de contato; não contato e por diferença de fase
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Imagem SCM de amostra de
Si c/ I/I de 31P+ 50keV, 1013 cm-2 e RTA de 1050C, 30s. Alternativa: usar AFM para medir função trabalho, que depende da dopagem.
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