CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS

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

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

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 - QM1010cm-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 - QM1010cm-2

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

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

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)

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: 3.88 - 4.02 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%

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

3.9 Equivalent Oxide Thickness

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

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

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

CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS CENTROS DE RECOMBINAÇÃO

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

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

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

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)

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

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

CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA DEFINIÇÃO DE PADRÕES

CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS

CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA

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

CORROSÃO ÚMIDA NA MICROELETRÔNICA PRINCIPAIS PRODUTOS P/ ETCHING ÚMIDA

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)

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

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

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 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.

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.

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.

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

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

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

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

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

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)

Scanning Electron Microscopy Local Oxidation of Silicon (LOCOS) TECHNOLOGY

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

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

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

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).

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.

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;

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

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

Fabricação/Estruturas Suspensas FEEC/CCS-UNICAMP Si LIMPEZA RCA - Si <100> DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2) Si

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

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

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

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

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

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)22+ + 2e- Si(OH)22+ + 2OH-  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

Máscara com Estruturas Suspensas FEEC/CCS-UNICAMP Máscara com Estruturas Suspensas

Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv. FEEC/CCS-UNICAMP Ponte Suspensa Menor

Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv. FEEC/CCS-UNICAMP Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv. Ponte Suspensa Ponte Suspensa Menor

Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv. FEEC/CCS-UNICAMP Membrana Suspensa Menor

Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv. FEEC/CCS-UNICAMP Membrana Suspensa Menor

TEM tox:3.3nm - 5.5nm Si Si Clivagem e Encapsulamento Resina Si SiOx SiOx Cápsula Cilíndrica Si Clivagem e Encapsulamento Polimento Manual - e: 80-100m Polimento Mecânico/Esférico - e:10-15m Ion-Milling - perfuração da amostra tox:3.3nm - 5.5nm

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

Plasma N2O e: 5.5nm RESINA SiOx SiOxNy Si 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

Estrutura filme/substrato CARACTERIZAÇÃO FÍSICA AES feixe de elétrons EMP XPS feixe de R-X XRF RBS feixe de íons SIMS Estrutura filme/substrato

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)

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)

CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS AES (Auger Electron Spectrocopy) XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP (Electron Microprobe) Energia de dezenas de keV

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)

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS Energia de Excitação - 1486.6eV  K Al SiO2(2p) – 106.3ev 98 100 102 104 106 108 110 112 1 2 3 4 5 6 7 Si(2p) -102.5ev Intensidade Energia (ev) N(1s) - 400.8ev 4.05 4.10 4.15 4.20 4.25 4.30 Intensidade 394 396 398 400 402 404 406 408 Energia(ev)

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS

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)

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)

RBS(Rutherford Backscaterring Spectroscopy) 1MeV

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)

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.

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

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)

CARACTERIZAÇÃO FÍSICA FTIR laser de He-Ne elipsometria Estrutura filme/substrato medidas não-destrutivas

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.

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

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)

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.

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.

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

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR Não há variação do momento de dipolo 1075cm-1 “Stretching” (TO3) 800cm-1 450cm-1 “bending” (TO2) “rocking” (TO1)

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

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR  mais forte absorção de IR Ligações Si-O “Rocking” TO1 - 450cm-1 “Bending” TO2 - 800cm-1 “Stretching” TO3 - 1075cm-1  mais forte absorção de IR LO3 -1254cm-1

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR  mais forte absorção de IR SiOx, x<2  TO3 < 1075cm-1 Ligações Si-O SiOx, x>2  TO3 > 1075cm-1 “Rocking” TO1 - 450cm-1 “Stretching” TO4 - 1170-1200cm-1 (Movimento de O fora de fase) “Bending” TO2 - 800cm-1 “Stretching” TO3 - 1075cm-1  mais forte absorção de IR LO3 -1254cm-1

CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR  mais forte absorção de IR SiOx, x<2  TO3 < 1075cm-1 Ligações Si-O SiOx, x>2  TO3 > 1075cm-1 “Rocking” TO1 - 450cm-1 “Stretching” TO4 - 1170-1200cm-1 (Movimento de O fora de fase) “Bending” TO2 - 800cm-1 “Stretching” TO3 - 1075cm-1  mais forte absorção de IR Ligações Si-N-O 800 -1000cm-1 LO3 -1254cm-1 Ligações Si-N 815cm-1

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)

Óxido de Si depositado rico em H

Óxido de Si depositado rico em H Densificação com recozimento

FTIR

(LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H) FTIR ANÁLISE DE SiNx (LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H)

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)

FTIR VERSUS 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.

ELIPSOMETRIA

ELIPSOMETRIA ELIPSÔMETRO

ELIPSOMETRIA  ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE SiO2

ELIPSOMETRIA  ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE SiO2 Diferença de ângulo de polarização = n.360° + Y Diferença de fase = n.360° + D

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

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

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

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

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.