Slide sem t

1
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
2
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA
MEDIDAS CAPACITÂNCIA-TENSÃO (C-V) OU
CORRENTE-TENSÃO (I-V)
3
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos
CAPACITOR MOS
?VFB
4
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos
CAPACITOR MOS
?VFB
P/ óxido de 10nm e QM6.5x1011cm-2, ? VTH0.1V
TENSÃO DE LIMIAR
TENSÃO DE FLAT-BAND
5
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
cargas móveis no óxido (QM) - íons alcalinos
CAPACITOR MOS
?VFB
P/ óxido de 10nm e QM6.5x1011cm-2, ? VTH0.1V
TENSÃO DE LIMIAR
TENSÃO DE FLAT-BAND
NÍVEIS ACEITÁVEIS - QM?1010cm-2
6
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV e IxV
Capacitor MOS Estrutura Al/ SiOxNy/Si
Sistema C-V 1MHz V -/5.0V a /-5.0V
Etapas de Sinterização - a cada 5 min Ambiente de
Gás Verde (92N28H2) T 420C, t30 min
7
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - CxV
Tempo de Sinterização10 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
8
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/q8.5x1010cm-2 p/ 30min
sinterização
(Qo/q)
1E12
DENSIDADE DE CARGA
1E11

RPO N2O
(P1Torr)

RPO N2O
(P3Torr)

RPO N2O N2
(P1Torr)
1E10
5
10
15
20
25
30
TEMPO DE SINTERIZAÇÃO (min)
9
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
nox xSiO2 ySi3N4
SilOmNp onde x3yl, 2xm e 4yp
?ox gt 3.9 ? CNlt5
10
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
11
3.9
Equivalent Oxide Thickness
12
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO
RANDÔMICO-DINÂMICAS)
BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM
UM CAPACITOR MOS
atualmente?256MBits DRAMs
A informação armazenada no capacitor espera para
ser lida
Escreve ou acessa a informação armazenada no
capacitor
0 ou 1
13
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO
RANDÔMICO-DINÂMICAS)
BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM
UM CAPACITOR MOS
atualmente?256MBits DRAMs
A informação armazenada no capacitor espera para
ser lida
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
14
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
MEMÓRIAS DE DRAM (MEMÓRIAS DE ACESSO
RANDÔMICO-DINÂMICAS)
BITS- GUARDADOS NA FORMA DE CARGA ARMAZENADA EM
UM CAPACITOR MOS
atualmente?256MBits DRAMs
A informação armazenada no capacitor espera para
ser lida
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
15
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CENTROS DE RECOMBINAÇÃO
16
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
CORRENTE DE FUGA e RUPTURA DIELÉTRICA DOS ÓXIDOS
DE PORTA
17
CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA - IxV
Sistema I-V Tensão de 20V
EBD VBD/tox

18
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
19
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)
20
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
21
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

• PERFILOMETRIA
• MICROSCOPIA ELETRÔNICA
• DE VARREDURA (SEM)
• MICROSCOPIA ELETRÔNICA
• POR TRANSMISSÃO (TEM)

PADRÃO GRAVADO OU ESTRUTURA FORMADO NO SUBSTRATO
22
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA DEFINIÇÃO DE PADRÕES
23
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS
24
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS
CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA
25
CORROSÃO NA MICROELETRÔNICA PERFIS DE ETCHINGS
CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO ÚMIDA
CARACTERÍSTICA DA CORROSÃO SECA
26
CORROSÃO ÚMIDA NA MICROELETRÔNICA PRINCIPAIS
PRODUTOS P/ ETCHING ÚMIDA
27
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
Mede altura de degraus e/ou poços
SiO2
Perfilometria -
Si
tox53.0nm - 182.0nm
Taxa de Ataque - remoção do SiO2 em BHF
?98nm/min - 110.2nm/min (Óxido
Térmico - 100nm/min)
28
MEDIDAS DE ALTURA DE DEGRAU POR PERFILOMETRIA
Taxa de deposição e taxa de corrosão em BHF
(solução tampão de HF)
SiNx
Si
29
SEM
feixe de elétrons de alta energia varrendo a
superfície de um material em análise.
30
TEM
SEM
feixe de elétrons de alta energia incidindo e
atravessando um material em análise.
feixe de elétrons de alta energia varrendo a
superfície de um material em análise.
31
TEM
SEM
feixe de elétrons de alta energia incidindo e
atravessando um material em análise.
feixe de elétrons de alta energia varrendo a
superfície de 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.
32
TEM
SEM
feixe de elétrons de alta energia incidindo e
atravessando um material em análise.
feixe de elétrons de alta energia varrendo a
superfície de 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.
33
TEM
SEM
feixe de elétrons de alta energia incidindo e
atravessando um material em análise.
feixe de elétrons de alta energia varrendo a
superfície de 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.
34
(No Transcript)
35
TEM elétron transmitido através da
amostra magnificação de 200K a 500K
36
(No Transcript)
37
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
38
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
39
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
40
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
41
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
SiO2 ? CAPA EM SISTEMAS DE LASER III-V
Scanning Electron Microscopy
InGaP
GaAs
Corrente?? f(Portadores Presentes)
42
Scanning Electron Microscopy
Local Oxidation of Silicon (LOCOS) TECHNOLOGY
43
(No Transcript)
44
Scanning Electron Microscopy
INFLUÊNCIA DA EXPANSÃO DE VOLUME NA TECNOLOGIA DE
ISOLAÇÃO POR OXIDAÇÃO LOCAL (LOCOS)
Birds beak
45
Técnicas de Microfabricação
FEEC/CCS-UNICAMP
FONTE Renato Ribas
46
Técnicas de Microfabricação
FEEC/CCS-UNICAMP

• 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).

47
Motivação
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.

48
Stress do Óxido, Oxinitreto ou Nitreto de Si
depositado por CVD
Chemical Vapor Deposition
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
49
Nitreto de Silício (SiNx) para proteção da
superfície de Si
FEEC/CCS-UNICAMP

• 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

50
Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si lt100gt
Si
51
Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si lt100gt
Si
DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou
OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
52
Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si lt100gt
Si
DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou
OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
FOTOGRAVAÇÃO DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA
FACE INFERIOR
53
Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si lt100gt
Si
DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou
OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
FOTOGRAVAÇÃO DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA
FACE INFERIOR
CORROSÃO BHF DOS FILMES REMOÇÃO DO FR CERA
Si
54
Fabricação/Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP
LIMPEZA RCA - Si lt100gt
Si
DEPOSIÇÃO (SiNxRPCVD, SiNxECR ou SiO2ECR) ou
OXIDAÇÃO TÉRMICA (SiO2)
Si
FOTOGRAVAÇÃO DEPOSIÇÃO DE CERA DE ABELHA NA
FACE INFERIOR
CORROSÃO BHF DOS FILMES REMOÇÃO DO FR CERA
Si
CORROSÃO SOLUÇÃO KOH convencional ou em forno mW
55
Corrosão Úmida Convencional
FEEC/CCS-UNICAMP

• Temperatura 85C
• 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
56
Corrosão Úmida em Forno mW
FEEC/CCS-UNICAMP
Forno mW (leitura T e P controle Pot mW e t)

• Temperatura ambiente até 180C
• 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/150C/80a
tm) 13mm/min
Solução KOH
lâminas
57
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
58
Máscara com Estruturas Suspensas
FEEC/CCS-UNICAMP
59
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP
Ponte Suspensa Menor
60
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP
Ponte Suspensa Menor
Ponte Suspensa
61
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP
Membrana Suspensa Menor
62
Resultados/membranas de SiNxRPCVD/corrosão conv.
FEEC/CCS-UNICAMP
Membrana Suspensa Menor
63
TEM
Resina
Si
SiOx
SiOx
Cápsula Cilíndrica
Si

• Clivagem e Encapsulamento
• Polimento Manual - e 80-100?m
• Polimento Mecânico/Esférico - e10-15?m
• Ion-Milling - perfuração da amostra
• tox3.3nm - 5.5nm

64
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
SiOxNy
5.5nm
Image of SiO
/
SiO
N
/Si
structure of
ON1P1
samples
x
x
y
with
a
mgnification of
200Kx
65
Plasma N2O e 5.5nm
RESINA
SiOx
SiOxNy
Si
500Kx
66
Secção em corte TEM
67
Secção em corte TEM
68
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

• AES
• EMP
• XPS
• XRF
• RBS
• SIMS

69
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

• AES feixe de elétrons
• EMP
• XPS
• XRF
• RBS
• SIMS

70
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

• AES feixe de elétrons
• EMP
• XPS feixe de R-X
• XRF
• RBS
• SIMS

71
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

• AES feixe de elétrons
• EMP
• XPS feixe de R-X
• XRF
• RBS feixe de íons
• SIMS

Estrutura filme/substrato
72
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)

73
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)

74
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS

• AES (Auger Electron Spectrocopy)
• XES (X-ray Electron Spectroscopy) ou EMP
  (Electron Microprobe)

Energia de dezenas de keV
75
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)

76
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS
Energia de Excitação - 1486.6eV ? K? Al
N(1s) - 400.8ev
Intensidade
404
394
398
400
402
406
408
396
Energia(ev)
77
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - XPS
78
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)

79
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)
81
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)

82
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.

83
(No Transcript)
84
ON15RT9 5.3nm
ON14RT9 6.3nm
Si-
O-
SiO-
SiN-
interface
interface
ON15CT10 7nm
ON14CT10 11.5nm
interface
interface
85
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - SIMS
Feixe O2 E 3keV, I 50nA e ? 45
Plasma N2O
Plasma N2ON2
5
interface
interface
3
NSi
NSi
1
0
1000
2000
3000
4000
2000
4000
Tempo (s)
Tempo (s)
86
CARACTERIZAÇÃO FÍSICA

• FTIR laser de He-Ne
• elipsometria

Estrutura filme/substrato medidas não-destrutivas
87
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
FTIR - Fourier Transform Infra-Red
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos
Átomos
Estrutura, composição e modo de vibração.
88
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
89
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)
90
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
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
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
93
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
Não há variação do momento de dipolo
1075cm-1
Stretching (TO3)
450cm-1
800cm-1
rocking (TO1)
bending (TO2)
94
CARACTERIZAÇÃO DE FILMES FINOS
FTIR - Fourier Transform Infra-Red
Ligações Químicas - Frequência de Vibração dos
Átomos
Espectro FTIR do SiO2 térmico - referência
95
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR

• Ligações Si-O

Rocking TO1 - 450cm-1
Bending TO2 - 800cm-1
Stretching TO3 - 1075cm-1
? mais forte absorção de IR
LO3 -1254cm-1
96
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
SiOx, xlt2 ? TO3 lt 1075cm-1

• Ligações Si-O

SiOx, xgt2 ? TO3 gt 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
97
CARACTERIZAÇÃO ESTRUTURAL - FTIR
SiOx, xlt2 ? TO3 lt 1075cm-1

• Ligações Si-O

SiOx, xgt2 ? TO3 gt 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

• 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
FTIR ANÁLISE DE SiNx (LIGAÇÕES Si-N, N-H e Si-H)
103
FTIR ANÁLISE DE SiNx (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.

109
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.

110
ELIPSOMETRIA
111
ELIPSOMETRIA
ELIPSÔMETRO
112
ELIPSOMETRIA ? ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE
SiO2
113
ELIPSOMETRIA ? ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE
SiO2

• Diferença de ângulo de polarização n.360 Y

• Diferença de fase n.360 D

114
ELIPSOMETRIA ? TAXA DE OXIDAÇÃO
115
ELIPSOMETRIA ? COMPOSIÇÃO DE FILMES DE SiOxNy
116
Espessuras medidas por outras técnicas
117
ELIPSOMETRIA ? ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE
Si -POLI
118
ELIPSOMETRIA ? ESPESSURA E ÍNDICE DE REFRAÇÃO DE
Si -POLI
119
Microscopia de Força Atômica
120
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

121
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

122
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

123
(No Transcript)
124
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.