CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA DE CAPACITORES MOS COM

CARACTERIZAÇÃO ELÉTRICA DE CAPACITORES
MOS COM ÓXIDO DE ALUMÍNIO (Al2O3)
Verônica Christiano1, Sthefane A. Conceição1, Giuliano Gozzi2, Sebastião G.S Filho2, Victor Sonnenberg1
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MPCE - Faculdade de Tecnologia de São Paulo – FATEC-SP
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Laboratório de Sistemas Integráveis da Universidade de São Paulo – LSI-USP
[email protected], [email protected]
1. Resumo
Lâminas com os capacitores MOS (metal – óxido –
semicondutor), fabricados com óxido de alumínio,
foram caracterizadas eletricamente obtendo-se curvas
Capacitância x Tensão (C-V) e Corrente x Tensão (I-V),
para posterior comparação com a caracterização física.
2. Introdução [1]
Com a crescente miniaturização dos dispositivos
eletrônicos, há intensa busca por novos materiais que
supram as necessidades das espessuras de óxidos finos.
Analisou-se o óxido de alumínio (Al2O3), que
apresenta alta constante dielétrica (“high k”) e é um
possível substituto ao óxido de silício (SiO2) em
dispositivos MOS, pois pode apresentar uma espessura
equivalente ao SiO2 (EOT) com valores menores que 2
nm, mantendo baixas correntes de tunelamento através
do óxido (<10-10 A/cm2).
de porta obtendo-se corrente de 10-6 A, que aumentou
logaritmicamente até 10-2 A (corrente de fuga) para
tensão de porta de -2,5 V.
As lâminas C7 e C8 apresentaram melhores
características elétricas, onde C8 mais se aproximou do
desejado, pois em sua curva C-V obtivemos regiões
bem definidas de acumulação e inversão além de baixa
condutância inicial e final, com capacitância máxima de
350 pF. No caso da C7 houve uma elevação da
capacitância máxima gerada pelo aumento da
condutância. Nas curvas I-V, a corrente inicial foi de
10-11 A que se elevou logaritmicamente a 10-2 A, na
tensão de porta para -4 V.
Referente às lâminas C9 e 10, não se obteve boas
curvas C-V, pois suas regiões estão mal definidas e temse elevada condutância observada em C10 para tensões
de porta menores que -1,5 volts, pois há decréscimo da
capacitância máxima. As curvas I-V foram semelhantes
àquelas das lâminas C4, 5 e 6.
3. Processo de fabricação
Foram fabricadas 8 lâminas nomeadas de C3 a C10,
que foi realizado pela aluna Sthefane Alves da
Conceição, onde a seqüência utilizada foi: limpeza
química, deposição de alumínio (formação do óxido),
sinterização (lâminas 3, 4, 9 e 10), anodização,
sinterização, deposição de alumínio (formação dos
capacitores), litografia, deposição de alumínio (costas –
contato elétrico) e sinterização.
4. Caracterização elétrica [2]
As medidas de curvas C-V foram realizadas em alta
freqüência, onde se pode obter a espessura do óxido de
porta, a carga efetiva no óxido, a tensão de inversão de
canal (tensão de limiar) entre outros parâmetros.
Nas curvas I-V tem-se a corrente de fuga do óxido
(tunelamento) e a tensão de ruptura (máxima tensão
reversa que o dispositivo suporta antes de romper).
5. Resultados e discussões
Utilizaram-se os equipamentos HP4280 que é um
medidor de capacitância (curvas C-V) e o HP4140 que é
um pico amperímetro (curvas I-V).
Na figura 1 temos as curvas C-V equivalentes as
lâminas processadas, excluindo-se a lâmina C3 para
qual não se obtiveram curvas C-V devido à elevada
corrente de fuga.
Nas lâminas C4, C5 e C6, as curvas C-V não
apresentaram bons resultados, pois temos as regiões de
acumulação, depleção e inversão mal definidas além de
condutâncias iniciais e finais elevadas, da ordem de 3,5
a 5 mS. Nas curvas I-V, iniciou-se a aplicação da tensão
Figura 1 – Curvas C-V referentes às 8 lâminas.
6. Conclusões
As lâminas que possibilitaram a obtenção de
resultados próximos aos desejados foram as C7 e C8,
pois apresentaram melhores características elétricas tais
como capacitância máxima (350 pF), baixa condutância
(0,75 mS), maior tensão de ruptura (-5 V) e menor
-11
corrente de fuga (10 A).
7. Referências
[1] Kátia Franklin Albertin “Estudo de Camadas
Dielétricas para Aplicação em Capacitores MOS”,
Tese de Doutorado, EPUSP, 2007.
[2] João A. Martino, Marcelo A. Pavanello e Patrick B.
Verdonck, “Caracterização Elétrica de Tecnologia e
Dispositivos MOS”, Thompson São Paulo, 193
páginas, 2003.
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Alunas de IC do CNPq