Orientador: José Alexandre Diniz

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: Filmes de nitreto de titânio (TiN) e nitreto de tântalo (TaN) foram depositados sobre substratos de Si (100) utilizando um sistema de sputtering reativo, com diferentes fluxos de N2 (10-80 sccm) e potência (500-1500W), em ambiente de N2/Ar. Foram analisadas as influências da mistura gasosa...

Resumo: Filmes de nitreto de titânio (TiN) e nitreto de tântalo (TaN) foram depositados sobre substratos de Si (100) utilizando um sistema de sputtering reativo, com diferentes fluxos de N2 (10-80 sccm) e potência (500-1500W), em ambiente de N2/Ar. Foram analisadas as influências da mistura gasosa N2/Ar e potência nas propriedades estruturais e elétricas dos filmes de TiN e TaN, utilizando as técnicas de perfilometria, microscopia de força atômica, 4 pontas, espectroscopia Raman, difração de raios-x e espectroscopia de fotoelétron. As análises físicas e elétricas dos filmes de TiN e TaN demonstram que os filmes são policristalinos, com as orientações preferenciais (311)-( 111) e (200)-( 111), respectivamente. Os valores das taxas de deposições, resistividades elétricas e tamanho de grão para os filmes de TiN e TaN estão entre 4 e 78 nm/min, 150 e 7500 ??.cm e 0,001 e 0,027 ?m2, respectivamente. Foram fabricados capacitores MOS e diodos Schottky com eletrodos superiores de TiN e TaN com dielétricos de SiOxNy ou SiO2, e extraídas curvas CV e IV destes dispositivos, para extração de parâmetros como tensão de flatband (VFB), densidade de carga efetiva (Q0/q) e função trabalho do eletrodo superior (WF). As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiOxNy e eletrodo superior de TiN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 cm2, 0,29 V e 4,65 eV, respectivamente, que são compatíveis com a tecnologia CMOS. As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiOxNy e eletrodo superior de TaN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 cm2, 1,36 V e 3,81 eV, respectivamente, que não são compatíveis com a tecnologia CMOS. As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiO2 e eletrodo superior de TiN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 e 1012 cm2, de 0,12 V e 0,36 V, e, 4,15 eV e 4,43 eV, respectivamente, que são compatíveis com a tecnologia CMOS. As curvas CV dos capacitores MOS com dielétrico de SiO2 e eletrodo superior de TaN apresentaram valores extraídos de Q0/q, VFB e WF de 1010 e 1012 cm2, 0,29 V e 0,20 V, e, 4,41 eV e 4,44 eV, respectivamente, que são compatíveis com a tecnologia CMOS. Estes resultados indicam que os filmes de TiN e TaN são compatíveis para serem utilizados em dispositivos da tecnologia MOS

Abstract: Tantalum nitride (TaN) and titanium nitride (TiN) films have been obtained by DC sputtering, using different nitrogen flow (10 - 80 sccm) and power (500 - 1500 W), in a nitrogen (N2)/argon (Ar) ambient on Si (100) substrates. The N2/Ar ratio in gas mixture and power effects on structural...

Abstract: Tantalum nitride (TaN) and titanium nitride (TiN) films have been obtained by DC sputtering, using different nitrogen flow (10 - 80 sccm) and power (500 - 1500 W), in a nitrogen (N2)/argon (Ar) ambient on Si (100) substrates. The N2/Ar ratio in gas mixture and power effects on structural and electrical properties of TaN and TiN films were investigated by scan profiler (film thickness and deposition rate), atomic force microscopy (rms roughness and grain size), fourprobe technique (electrical resistivity), Raman spectroscopy, x-ray diffraction (crystal orientation) and X-ray photoelectron spectroscopy (film composition). The physical and structural analyses of TiN and TaN films show that TiN and TaN films were polycrystalline, with (311)-( 111) and (200)-( 111) preferred orientation, respectively. The deposition rates, electrical resistivities and grain size values of TiN and TaN films were between 4 and 78 nm/min, 150 and 7500 ??.cm and 0,001-0,027 ?m2, respectively. MOS capacitors and Schottky diodes were fabricated with TiN and TaN as upper electrodes and dielectrics with SiOxNy or SiO2. CV and IV measurements were carried out on these devices and flatband voltage (VFB), effective charge density (Q0/q) and metal gate work function (WF) were extracted from these measurements. The extracted values of Q0/q, VFB e WF 1010 cm2, 0,29 V e 4,65 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TiN as gate electrode and SiOxNy as gate dielectric. The extracted values of Q0/q, VFB e WF 1010 cm2, 1,36 V e 3,81 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TiN as gate electrode and SiOxNy as gate dielectric. The extracted values of Q0/q, VFB and WF were about 1010 and 1012 cm2, 0,12 V and 0,36V, and 4,15 eV and 4,43 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TiN as gate electrode and SiO2 as gate dielectric. The extracted values of Q0/q, VFB and WF were about 1010 and 1012 cm2, 0,29 V and 0,20V, and 4,41 eV and 4,44 eV, and these values were extracted from CV curves of MOS capacitors with TaN as gate electrode and SiO2 as gate dielectric. These extracted values for VFB and WF indicates that the TiN and TaN films are suitable for MOS technology