FABRICAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO FÍSICA DE
CAPACITORES MOS COM ÓXIDO DE ALUMÍNIO
Sthefane A. Conceição1,Verônica Christiano1, Giuliano Gozzi2 , Sebastião G.S. Filho2, Victor Sonnenberg1
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MPCE - Faculdade de Tecnologia de São Paulo – FATEC-SP
2
Laboratório de Sistemas Integráveis da Universidade de São Paulo – LSI-USP
[email protected], [email protected]
1. Resumo
Lâminas com capacitores MOS (metal-óxidosemicondutor) com óxido de alumínio (Al2O3) foram
fabricadas e caracterizadas eletricamente pela aluna
Verônica Christiano. Lâminas apenas com o óxido
Al2O3 foram processadas com a finalidade de fazer
análises físicas por RBS e obter algum tipo de relação
com as medidas elétricas realizadas.
2. Introdução [1]
Com a crescente miniaturização dos dispositivos
eletrônicos, tem-se a intensa busca por novos materiais
que supram as necessidades encontradas para espessuras
mais finas de óxidos.
Analisou-se o óxido de alumínio (Al2O3), que
apresenta alta constante dielétrica (“high k”) e é um
possível substituto ao óxido de silício (SiO2) em
dispositivos MOS, pois pode apresentar uma espessura
equivalente ao SiO2 (EOT) com valores menores que 2
nm, mantendo baixas correntes de tunelamento através
do óxido.
3. Processo de fabricação de capacitores
Todas as 8 lâminas processadas possuíam 3
polegadas, resistividade de 10 ohm-cm, orientação
cristalográfica <100> e eram tipo p, dopadas com boro.
Foram processados 4 diferentes conjuntos, sendo
que pertenciam ao conjunto 1 as lâminas C3 e C4, ao
conjunto 2 as lâminas C5 e C6, ao conjunto 3 as lâminas
C7 e C8 e ao conjunto 4 as lâminas C9 e C10.
Segue a descrição do processo realizado nos
conjuntos, assim como suas principais diferenças :
1- Todos os conjuntos passaram essencialmente pela
mesma limpeza. Segue a limpeza efetuada nos
conjuntos assim como suas modificações para cada um
deles:
- Enxágüe em água DI entre as soluções – 5 min;
- Imersão em solução de ácido fluorídrico por 60 seg,
banho em solução alcalina fervente de hidróxido de
amônia por 10 min, banho em solução fervente de ácido
clorídrico por 10 min e imersão em solução de ácido
fluorídrico diluído por 60 seg nos conjuntos 1 e 3 ou em
solução de ácido sulfúrico por 10 min nos conjuntos 2 e
4,
2- Deposição por meio da técnica de evaporação térmica
de alumínio na frente (0,02µm);
3 – Sinterização 1 à 300ºC por 30 min, com nitrogênio
para o conjunto 2 e argônio para o conjunto 4. Os
conjuntos 1 e 3 não sofreram esta sinterização;
4 - Anodização em ácido nítrico (19H2O+1HNO3) [2].
As lâminas ímpares foram imersas por 4 min enquanto
que as lâminas pares foram imersas por 6 min e
5- Sinterização 2 à 650ºC, por 30min com nitrogênio
para conjuntos 1 e 2 e com argônio para conjuntos 3 e 4.
4. Resultados e discussões
O processo utilizado para a deposição do filme de
alumínio apresentou problemas com uniformidade de
espessura, portanto, quando foi feita a anodização em
ácido nítrico, devido ao tempo de exposição e às
variações de espessura, em algumas regiões foi formado
o óxido e em outras regiões acabou sendo removido.
A tabela 5.1 mostra os resultados RBS [3] das
regiões. Perto do chanfro, onde houve presença de
alumínio é, coincidentemente, onde houve maior
incidência de capacitores em funcionamento.
Tabela 5.1: Análise de RBS
Analise RBS
Lâmina
Chanfro Meio Oposto Esq. Dir.
C3
Sim
Não
Não
Ind Ind
C4
Não
Não
Não
Não Ind
C5
Não
Não
Sim
Ind Ind
C6
Sim
Não
Ind
Não Não
C7
Não
Não
Não
Ind Não
C8
Ind
Não
Não
Ind Não
C9
Ind
Não
Não
Não Não
C10
Não
Não
Não
Não Não
Legenda: Sim: há alumínio, Não: não há alumínio e Ind:
composição indefinida
5. Conclusões
Os resultados RBS permitiram verificar que o
processo de anodização oxidou o alumínio em partes
das lâminas, porém em outras o alumínio foi retirado
pela anodização. Novas lâminas serão feitas para se
estudar os motivos do porquê o alumínio ter sido
retirado.
6. Referências
[1] Kátia Franklin Albertin “Estudo de Camadas
Dielétricas para Aplicação em Capacitores MOS”,
Tese de Doutorado, EPUSP, 2007.
[2] Chih-Sheng Kuo, et al, High-k Al2O3 Gate Dieletrics
Prepared by Oxidation of Aluminium Film in Nitric
Acid Follewed by High-Temperature Annenaling.
IEEE Trans. on Electron Devices, v. 51, n. 6, p. 854858, 2004.
[3]James W.Mayer, Backsttering Spectrometry, Institute
of tecnology, 1978.
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Alunas de IC do CNPq