Oxidação térmica rápida do silício: influência dos procedimentos de limpeza e dos perfis temporais de temperatura na qualidade dos óxidos de porta MOS.

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 1996
Autor(a) principal: Santos Filho, Sebastião Gomes dos
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Oxidação
Oxidation
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-19112024-121813/
Resumo: Neste trabalho obtivemos óxidos de porta de alta qualidade crescidos por oxidação térmica rápida (RTO: Rapid Thermal Oxidation). Diversos tópicos foram abordados tendo em vista alcançar o critério de alta qualidade, ou seja, baixas concentrações de contaminação por cargas elétricas e alto campo de ruptura da rigidez dielétrica (13mv/cm) para os óxidos crescidos. Em primeiro lugar foi estudada a influência de diversos procedimentos de limpeza química pré-oxidação nas concentrações superficiais de metais e partículas em lâminas de silício. Em segundo lugar, como resultado do estudo destes procedimentos de limpeza pré-oxidação, elaboramos um modelo eletroquímico alternativo, útil na previsão de contaminação em superfícies de lâminas de silício durante a imersão rápida em solução d-hf contaminada com diferentes sulfatos metálicos. Em terceiro lugar, investigamos a uniformidade, a reprodutibilidade e a cinética dos óxidos crescidos por oxidação térmica rápida. Finalmente, analisamos a influência de diferentes receitas de oxidação térmica rápida (perfis temporais de temperatura) na rugosidade da interface \'Si\'-\'Si\'\'O IND.2\' e da superfície dos óxidos e também nas características elétricas destes óxidos obtidos.
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spelling Oxidação térmica rápida do silício: influência dos procedimentos de limpeza e dos perfis temporais de temperatura na qualidade dos óxidos de porta MOS.Untitled in englishOxidaçãoOxidationNeste trabalho obtivemos óxidos de porta de alta qualidade crescidos por oxidação térmica rápida (RTO: Rapid Thermal Oxidation). Diversos tópicos foram abordados tendo em vista alcançar o critério de alta qualidade, ou seja, baixas concentrações de contaminação por cargas elétricas e alto campo de ruptura da rigidez dielétrica (13mv/cm) para os óxidos crescidos. Em primeiro lugar foi estudada a influência de diversos procedimentos de limpeza química pré-oxidação nas concentrações superficiais de metais e partículas em lâminas de silício. Em segundo lugar, como resultado do estudo destes procedimentos de limpeza pré-oxidação, elaboramos um modelo eletroquímico alternativo, útil na previsão de contaminação em superfícies de lâminas de silício durante a imersão rápida em solução d-hf contaminada com diferentes sulfatos metálicos. Em terceiro lugar, investigamos a uniformidade, a reprodutibilidade e a cinética dos óxidos crescidos por oxidação térmica rápida. Finalmente, analisamos a influência de diferentes receitas de oxidação térmica rápida (perfis temporais de temperatura) na rugosidade da interface \'Si\'-\'Si\'\'O IND.2\' e da superfície dos óxidos e também nas características elétricas destes óxidos obtidos.In this work high quality thin gate oxides were grown by rapid thermal oxidation (RTO). Several topics were studied in order to achieve the high quality criterion, i.e., low content of electric charge contamination and high dielectric breakdown field for the grown oxides. At first, the influence of pre-oxidation cleaning procedures on surface metal and particle concentrations of silicon wafers was studied. It was noteworthy that after completing the entire RCA-based cleaning process in either non-filtered or point-of-use filtered distilled instead of deionized water, a final dip in diluted hydrofluoric acid solution (D-HF solution) followed by an immersion of the wafer in boiling isopropyl alcohol (IPA) was effective in reducing particulate and sulfur levels on its surface without increasing the metal contamination content with regard to previous cleaning steps. As a result of this pre-oxidation cleaning, thin gate oxides grown by rapid thermal oxidation (RTO) presented high dielectric breakdown field (Ebd 11 MV/cm), low percentage of early breakdowns ( 1%) and low level of effective charge density ( 5 x 1010 charges/cm²). At second, as result of the study of these pre-oxidation cleaning procedures, an alternative electrochemical model, useful for predicting metal contamination on silicon wafer surfaces during a dip in contaminated D-HF solution, was also proposed. This alternative electrochemical model was established based on the following observations for D-HF solutions contaminated with copper sulphate (D-HF / CuSO solutions): (a) During the wafer dip in a D-HF / CuSO solution, silicon dissolution was observed to occur, (b) From Ritherford backscattering spectrometry (RBS) measurements it was established that for each atom of copper which plates onto the wafer surface, approximately one atom of silicon is consumed during the wafer dip;(c) A simultaneous silicon oxidation process at the copper-silicon interface could be inferred to occur from nuclear resonance measurements; (d) During this electroless plating of copper, bubles of an inflammable and colorless gas were formed and observed to be uniformly distributed over the copper film; (e) Results of sulfur outplating onto silicon surfaces after a wafer dip in D-HF solutions contaminated with different metal sulfates have confirmed the proposed electrochemical model. At third, the uniformity, repeatability and kinetics of the oxides grown by rapid thermal oxidation were studied. It was achieved an uniformity of ± 3% and a repeatability of ± 2% for the best grown oxides. Concerning the kinetics, it was observed a rapid initial oxidation regime for short processing time (t 40 s) followed by a linear regime for higher processing times (t 40 s). Finally, the influence of different rapid thermal oxidation recipes (transient temperature profiles) on the Si-SiO interface and top oxide roughness as well as also on the electrical characteristics of these thin gate oxides, was studied. Experiments were performed growing oxides by Rapid Thermal Oxidation (RTO) and post-oxidation annealing in N using a Slow Cooling Ramp Recipe (SCRR) or a conventional Pulsed Thermal Annealing Recipe (PTAR). Atomic Force Microscopy (AFM) as well as LASER lightscattering were used for measuring the Si-SiO interface topography after the SiO removal. The results showed that oxides prepared with SCRR exhibited a smoother Si-SiO interface at the nanometric scale and improved overall electrical parameters (higher breakdown electric field, higher charge-to-breakdown and lower interface-states density) as compared to the oxides prepared by PTRA.TBiblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPHasenack, Claus MartinSantos Filho, Sebastião Gomes dos1996-10-08info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-19112024-121813/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesspor2026-01-15T18:56:02Zoai:teses.usp.br:tde-19112024-121813Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212026-01-15T18:56:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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