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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2008.tde-14082008-083525
Documento
Autor
Nome completo
Cesar Augusto Alves de Souza
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2008
Orientador
Banca examinadora
Santos Filho, Sebastião Gomes dos (Presidente)
Martino, João Antonio
Sonnenberg, Victor
Título em português
Caracterização elétrica de oxinitretos de silício ultrafinos para porta PMOS obtidos por implantação de nitrogênio na estrutura Si-poli/SiO2/Si.
Palavras-chave em português
Capacitores MOS
Implantação Iônica
Nitrogênio
Óxidos de porta ultrafino
Resumo em português
Neste trabalho foram fabricados e caracterizados eletricamente capacitores MOS com óxido de silício ultrafino (2,6 nm) com porta de silício policristalino (Si-poli) P+ e N+. Os capacitores MOS com porta de Si-poli dopados com boro tiveram a estrutura Si-poli/SiO2/Si previamente implantada com nitrogênio nas doses de 1.10'POT.13', 1.10'POT.14', 1.10'POT.15' e 5.10'POT.15' at.cm-², com o pico da concentração de nitrogênio próximo à interface SiO2/Si. Os capacitores MOS foram fabricados sobre lâminas de silício do tipo p que passaram por uma limpeza química préoxidação tipo RCA mais imersão final em solução diluída em HF. Na seqüência, as lâminas foram oxidadas em um ambiente de O2 (1,5 l/min) + N2/H2 (2l/min; 10 %) que proporcionou óxidos de silício com excelentes características elétricas. Para a fabricação dos capacitores MOS com porta de Si-poli P+, utilizou-se SOG de boro seguido por difusão térmica sobre camada de Si-poli (340 nm). Após testes com receitas de difusão a 950, 1000, 1050 e 1100 °C todas padronizadas por um tempo de 30 min optamos por realizar a difusão a 1050 °C por 30 min, pois essa receita proporcionou concentração de boro superior a 1.10'POT.20' at.cm-³ e segregação desprezível do boro em direção ao substrato de Si. A dopagem dos capacitores MOS com porta de Si-poli N+ foi realizada por aplicação do SOG de fósforo seguido por difusão a 1050 °C por 30 min. Os resultados indicaram segregação do boro desprezível para o Si, baixa densidade de estados de interface (< 1.10'POT.11' eV-¹ cm-²) e no aumento do campo elétrico de ruptura (de 14 MV/cm para 21 MV/cm) com o aumento da dose de nitrogênio (de 1.10'POT.13' a 5.10'POT.15' at/cm²). Embora ocorresse uma maior dispersão e um aumento desfavorável da tensão de banda plana com o aumento da dose de nitrogênio, os valores 1.10'POT.15' e 5.10'POT.15' at.cm-² resultaram em capacitores MOS com tensão de faixa plana próxima ao parâmetro diferença de função trabalho ('fi' MS) significando densidade efetiva de cargas no dielétrico de porta inferior à cerca de 1.10'POT.11' cm-².
Título em inglês
Electrical characterization of ultrathin silicon oxynitrides for pmos gate obtained by nitrogen implantation in the Si-poli/Si02/Si structure.
Palavras-chave em inglês
Gate dielectrics
MOS capacitor
Nitrogen
Silicon oxide
Resumo em inglês
In this work we manufactured and electrically characterized MOS capacitors with ultrathin silicon oxides (2,6 nm) and polysilicon gate (Si-poli), P+ or N+. P+ - doped polysilicon gate MOS capacitors (Si-poli/SiO2/Si structure) were previously implanted with nitrogen using doses of 1.10'POT.13', 1.10'POT.14', 1.10'POT.15' and 5.10'POT.15' at.cm-², and implantation peak centered close to the SiO2/Si interface before boron doping. The MOS capacitors were fabricated on p-type silicon wafers, which were submitted to RCA - based cleaning procedure and a final dip in diluted HF solution. Following, the wafers were oxidize in ultrapure O2 (1,5 l/min) + N2/H2 (2l/min; 10 %) having, as a result, silicon gate oxides with excellent electrical characteristics. To obtain P+ polysilicon, it Spin On Glass (SOG) of boron the wafers was annealed at 950, 1000, 1050 or 1100 °C during 30 min. We have chosen a diffusion recipe of 1050 °C during 30 min to obtain volumetric concentration of boron higher than 1.10'POT.20' cm-³ and no boron segregation to the silicon. N+ polysilicon was also obtained using phosphorus SOG and diffusion at 1050 °C during 30 min. As a result, besides no boron segregation to Si, the interface states density was low (< 1.10'POT.11' eV-¹cm-²) and the breakdown field of the gate oxides increased (from 14 MV/cm to 21 MV/cm) by increasing the nitrogen doses (from 1.10'POT.13' to 5.10'POT.15' at/cm²). Although a larger dispersion and increasing of the flat-band voltage have occurred as the nitrogen dose was increased, values of 1.10'POT.15' and 5.10'POT.15' at.cm-² induced flat band voltage close to the parameter workfunction difference ('fi'MS) which meant effective charge density in the gate dielectrics lower than about 1.10'POT.11' cm-².
 
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Data de Publicação
2008-08-26
 
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