Orientador: Jacobus Willibrordus Swart

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

Resumo: Filmes ultrafinos (espessuras inferiores a 20 nm) de nitreto de titânio (TiN) para serem usados como eletrodos de porta para tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semicon-duc-tor) foram obtidos. Estes filmes ultrafinos foram obtidos através da evaporação por feixe de elétrons de camadas...

Resumo: Filmes ultrafinos (espessuras inferiores a 20 nm) de nitreto de titânio (TiN) para serem usados como eletrodos de porta para tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semicon-duc-tor) foram obtidos. Estes filmes ultrafinos foram obtidos através da evaporação por feixe de elétrons de camadas ultrafinas (de 1 ou 2 nm de espessura) de titânio (Ti) com posterior ni-tretação por plasma ECR (Electron Cyclotron Resonance) de nitrogênio (N2). Após a deposição e nitretação do titânio, a fim de evitar a oxidação dos filmes, no mesmo reator ECR da nitreta-ção, executou-se a deposição CVD (Chemical Vapor Deposition) de filmes de a-Si:H (silício amorfo hidrogenado) usando plasma de SiH4/Ar. Estes filmes de a-Si:H foram implantados com fósforo (P+) e recozidos por processamento térmico rápido para torná-los dopados n+ e policris-talinos. Assim, foram formados eletrodos de porta (Metal Gate) MOS com estruturas Poli-Si n+/TiN e esta dissertação apresenta as seguintes contribuições científicas: ¿ Obtenção de eletrodos de porta Poli-Si n+/TiN que suportam processos RTA em alta tempe-ratura de 1000 ºC. Esta característica foi observada por análises Raman, que identificaram picos relativos ao TiN dos modos TA (~195 cm-1) e LA (~315 cm-1) e ao Si cristalino (~ 521 cm-1); ¿ Obtenção de filmes ultrafinos de TiN, com espessuras menores que 20 nm e contínuos. Qua-tro amostras apresentaram espessuras menores que 10 nm, que é um valor desejado para ob-ter eletrodos de porta MOS que caibam nos dispositivos fabricados para nós tecnológicos com dimensões menores que 22 nm. Esta característica foi identificada por imagens SEM (microscopia eletrônica de varredura); ¿ Obtenção de eletrodos de porta Poli-Si n+/TiN do tipo midgap, pois os valores de VFB estão entre -0,31 V e -0,48 V. Estas características foram extraídas de medidas de Capacitância¿Tensão (C-V); Portanto, eletrodos de Poli-Si n+/TiN do tipo midgap, com espessuras menores que 10 nm, resistentes a processos de alta temperatura e que podem ser usados em dispositivos fabrica-dos para nós tecnológicos com dimensões menores que 22 nm, foram obtidos

Abstract: Ultrathin films (thickness of less than 20 nm) of titanium nitride (TiN) to be used as gate electrodes for CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology were obtained. These ultrathin films were obtained by electron beam evaporation of ultrathin layers (1 or 2 nm thick) of...

Abstract: Ultrathin films (thickness of less than 20 nm) of titanium nitride (TiN) to be used as gate electrodes for CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) technology were obtained. These ultrathin films were obtained by electron beam evaporation of ultrathin layers (1 or 2 nm thick) of titanium (Ti) followed by ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma nitriding of nitrogen (N2). After deposition and nitriding of the titanium, in order to prevent oxidation of the films, in the same nitriding ECR reactor, a-Si:H (hydrogenated amorphous silicon) films were deposited by CVD (Chemical Vapor Deposition) using SiH4/Ar plasma. These films of a-Si:H were implanted with phosphorus (P+) and annealed by rapid thermal annealing to turn them n+ dopped and polycrystalline. Thus, MOS metal gate electrodes were formed with Poly-Si n+/TiN structures and this dissertation presents the following scientific contributions: ¿ Gate electrodes of Poly-Si n+/TiN that support RTA processes in high temperature of 1000 ºC were obtained. This characteristic was observed by Raman analysis, that identified peaks associated to TiN at TA mode (~195 cm-1) and LA mode (~315 cm-1), and related to the crys-talline Si at (~ 521 cm-1); ¿ Ultrathin films of TiN, less than 20 nm thick and continuous, were obtained. Four samples were less than 10 nm thick, which represents a thickness that is desirable to obtain MOS gate electrodes that fit devices manufactured for technological nodes with dimensions smaller than 22 nm. This feature was identified by SEM images (Scanning Electron Micros-copy); ¿ Midgap metal gate electrodes Poly-Si n+/TiN were obtained, as VFB values are between -0.31 V and -0.48 V. These features were extracted from measurements of capacitance-voltage (C-V); Therefore, midgap electrodes of Poly-Si n+/TiN, less than 10 nm thick, resistant to high temperature processes and that can be used in devices manufactured for technological nodes with dimensions smaller than 22 nm were obtained