Esta tese trata do estudo experimental de fenômenos de transporte
atômico e reação química em filmes ultra-finos dielétricos sobre Si.
Esses dielétricos são materiais alternativos ao óxido de silício
utilizado em dispositivos basedos na estrutura metal-óxido-semicondutor.
Foram investigados os seguintes materiais: silicato e aluminato de
háfnio, aluminato de lantânio e bicamada óxido de alumínio/ óxido de
háfnio. O tema principal da investigação aqui descrita é a estabilidade
destas estruturas frente à duas etapas críticas do processo de
fabricação. A primeira é o tratamento térmico após deposição do filme,
usualmente realizada à temperaturas entre 600 e 800 C. A segunda é a
ativação de dopantes de fonte e dreno dos transistores à efeito de campo
do tipo metal-óxido-semicondutor. Esta etapa é realizada a temperaturas
ao redor de 1000 C, durante intervalos de tempo ao redor de 10 s. Para a
produção destas estruturas foram utilizados diversos métodos, entre
eles pulverização catódica reativa e deposição por camada atômica. Para a
observação dos fenômenos induzidos por tratamentos térmico, foram
usados diferentes métodos de caracterização, entre eles os de análises
por espalhamento de íons de altas, médias e baixas energias, análise por
reações nucleares ressonantes ou não ressonantes, espectroscopia de
fotoelétrons, microscopia eletrônica de transmissão, determinação de
características I×V e C×V e outras. Os resultados mostram que estas
etapas críticas do processo de fabricação de dispositivos
microeletrônicos avançados com dimensões nanoscópicas induzem transporte
atômico de várias espécies e reações químicas nas interfaces dos
dielétricos investigados e o substrato de Si. Muitas vezes isto acontece
contrariando as expectativas formadas quando se considera apenas as
energias de formação dos diferentes compostos. Esta tendência é
fortemente modificada de acordo com a atmosfera em que é realizado o
tratamento térmico (nitrogênio, oxigênio e suas misturas), bem como pela
introdução de nitrogênio nos filmes.
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