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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA POLITÉCNICA
RICARDO PESTANA
Caracterização elétrica de contatos rasos de
siliceto de níquel sobre junções N+P
São Paulo
2006
1
RICARDO PESTANA
Caracterização elétrica de contatos rasos de
siliceto de níquel sobre junções N+P
Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do tí-tulo de Mestre em Engenharia
Área de Concentração: Microeletrônica Orientador: Prof. Dr. Sebastião Gomes dos Santos Filho
São Paulo 2006
2
FOLHA DE APROVAÇÃO
Ricardo Pestana Caracterização elétrica de contatos rasos de siliceto de níquel sobre junções N+P
Dissertação apresentada à Escola Politécnica da Universidade de São Paulo para obtenção do título de Mestre em Engenharia Área de Concentração: Microeletrônica
Aprovado em:
Banca Examinadora
Prof. Dr. ___________________________________________________________________
Instituição: ________________________ Assinatura:________________________________
Prof. Dr. ___________________________________________________________________
Instituição: ________________________ Assinatura:________________________________
Prof. Dr. ___________________________________________________________________
Instituição: ________________________ Assinatura:________________________________
3
Dedico esta obra a Deus e aos
meus pais que sempre estiveram ao
meu lado, apoiando, incentivando e
orientando as minhas decisões.
4
AGRADECIMENTOS
Ao amigo, professor e orientador Prof. Dr. Sebastião Gomes dos Santos Filho, pelas diretrizes
seguras, permanente incentivo e marcante profissionalismo.
Ao Prof. Dr. Victor Sonnenberg, pelo auxílio na utilização dos equipamentos de
caracterização elétrica.
Ao Msc. Ronaldo Willian Reis, pela contribuição através das discussões sobre silicetos e
processos.
A todos que colaboraram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho.
5
RESUMO
PESTANA, R. Caracterização elétrica de contatos rasos de siliceto de níquel sobre
junções N+P. 2006. 148 f. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica, Universidade de São
Paulo, São Paulo, 2006.
Este trabalho apresenta a fabricação e a caracterização elétrica de contatos Al/Ti/Ni(Pt)Si
sobre junções rasas N+P com aproximadamente 0,2 µm de profundidade, sendo que o mono-
siliceto de níquel foi formado a partir da estrutura Ni(30nm)/Pt(1,5nm)/Si. O comportamento
elétrico dos diodos obtidos no melhor processo foi adequado, com as seguintes médias e
desvios padrões: corrente reversa por unidade de área de 33,8nA/cm2 ±12,3 nA/cm2 e corrente
reversa por unidade de perímetro de 654pA/cm ±229pA/cm para tensão reversa de -5V, a
resistência reversa dos diodos quadrados de 268,9GΩ ±97,7GΩ e a resistência reversa dos
diodos serpentinas de 35,5GΩ ±11,5GΩ, a tensão de início de condução resultou entre 0,55V
e 0,56V, a resistência série em condução de 4,7Ω ±1,3Ω, fator de idealidade de 1,15 ±0,03, e
corrente de saturação de 1,1x10-11A para diodos quadrados (300µm x 300µm). O menor valor
de resistividade do filme de (Ni(Pt)Si) resultou 25µΩcm e a resistência de folha de 3,13 Ω/
foram obtidas após a formação do mono-siliceto de níquel na temperatura de 600 ºC durante
120 segundos. As estruturas Kelvin apresentaram resistividade de contato de 15,0µΩ.cm2
±3,3µΩ.cm2 e comportamento ôhmico estável para diversos níveis de corrente. Após uma
extensa análise sobre modelagem de contato, foi elaborado um programa computacional
desenvolvido em MATLAB, baseado em um método bem conhecido, isto é, uma malha de
resistores tridimensional, que analisa os efeitos do fenômeno de concentração das linhas de
corrente lateral no contato. Este programa foi aplicado em contatos com siliceto de níquel,
onde foram observadas reduções de até 32% na resistividade real do contato.
Palavras-chave: Siliceto de níquel. Diodo. Resistividade de contato.
6
ABSTRACT
PESTANA, R. Electrical characterization of nickel-silicide shallow contacts on N+P
junctions. 2006. 148 f. Dissertation (Master’s degree) – Escola Politécnica, Universidade de
São Paulo, São Paulo, 2006.
This work presents the fabrication and electrical characterization of Al/Ti/Ni(Pt)Si contacts
having the nickel monosilicide formed from Ni(30nm)/Pt(1.5nm)/Si structure on shallow N+P
junctions with about 0.2 µm of depth. The diodes’ electrical behavior achieved at the best
process was considered good, with the following average and standard deviations: area diode
leakage current of 33.8nA/cm2 ±12.3nA/cm2 and periphery diode leakage current of
654pA/cm ±229pA/cm for reverse voltage of -5V, the square diode reverse resistance of
268.9GΩ ±97.7GΩ and serpentine diode reverse resistance of 35.5GΩ ±11.5GΩ, forward-
bias voltage between 0.55V and 0.56V, forward series resistance of 4.7Ω ±1.3Ω, ideality
factor of 1.15 ±0.03, and reverse saturation current of 1.1x10-11A for square diodes (300µm x
300µm). The lowest film resistivity value (Ni(Pt)Si) of 25µΩcm and sheet resistance of 3.13
Ω/ were obtained for the formation of nickel monosilicide under temperature of 600ºC for
120 seconds. The cross-bridge Kelvin resistors presented contact resistivity of 15.0 µΩ.cm2
±3.3 µΩ.cm2 and stable ohmic behavior for several electrical current levels. After extensive
analysis about contact modeling, a computer program was elaborated in MATLAB, based on
a well-known three-dimensional resistor network, which analyses the lateral current crowding
effects on contact. This program was applied for contacts with nickel silicide, where a
decrease up to 32% at the real contact resistivity was observed.
Keywords: Nickel silicide, Diode, Contact resistivity
7
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1- Perspectiva da redução do comprimento de porta (nm) para os próximos anos. ..... 20
Figura 2- Representação esquemática dos componentes da resistência parasitária de
fonte e dreno. ......................................................................................................... 21
Figura 3- Efeito da resistência série entre fonte/dreno (RDS) nas curvas características
IDS x VDS de um transistor canal n com comprimento de 0,5µm e largura de
19µm...................................................................................................................... 22
Figura 4- Silicetos obtidos a partir dos elementos da tabela periódica. ................................... 26
Figura 5- Ilustração simplificada da diminuição da resistência série de fonte e dreno
através da silicetação auto-alinhada das regiões de porta, fonte e dreno do
transistor MOS....................................................................................................... 27
Figura 6- Etapas de fabricação da estrutura “Salicide” utilizando o mono-siliceto de
níquel. .................................................................................................................... 28
Figura 7- Difração de raios-X para determinar a presença de Ni2Si, NiSi e NiSi2. ................. 31
Figura 8- Resistência de folha em função da temperatura de recozimento em amostras
com (5%) e sem Platina (Pt). ................................................................................. 32
Figura 9- Gráfico da variação da resistência de folha do NiSi em função da temperatura
de silicetação.......................................................................................................... 33
Figura 10- Gráfico da variação da resistência de folha e da resistividade elétrica da
camada de NiSi em função da espessura do siliceto.............................................. 34
Figura 11- Gráfico da variação da resistência de folha em função da temperatura,
dopante e espessura do níquel em substratos de silício. ........................................ 35
Figura 12- Gráfico da variação da resistência de folha em função da temperatura e
dopante para substratos de silício policristalino altamente dopado....................... 35
Figura 13- Gráfico da variação da resistência de folha em função da espessura inicial do
níquel (Ni) em substratos de silício (100) com diferentes dopantes...................... 36
Figura 14- Gráfico da variação da resistência de folha em função da espessura inicial do
níquel (Ni) em silício policristalino com diferentes dopantes. .............................. 36
Figura 15- Resistência de folha em função da pressão total durante a deposição de
níquel (Ni).............................................................................................................. 37
Figura 16- Gráfico do efeito da largura de linha sobre a resistência de folha em linhas de
silício policristalino com espessura de 42nm de NiSi. .......................................... 38
8
Figura 17- Tensão de faixa plana do siliceto de níquel em função da implantação de
arsênio e temperatura de pré-ativação do As (espessura do óxido de 10nm)........ 39
Figura 18- Tensão de faixa plana com siliceto de níquel em função do tempo de
silicetação para diferentes espessuras de óxido (Tox =10nm e 5nm).................... 40
Figura 19- Dispositivos utilizados para determinação da resistência de folha. (A)
resistência de folha das regiões implantadas e difundidas. (B) resistência de
folha das regiões silicetadas................................................................................... 44
Figura 20- Função Van der Pauw. ............................................................................................ 45
Figura 21- Estrutura Cruz ou Kelvin para obtenção da resistência de contato......................... 46
Figura 22- Dependência da resistência de contato vezes a área de contato em função da
largura da borda. .................................................................................................... 47
Figura 23- Três tipos de estruturas Kelvin: L-Resistor, D-Resistor e o ideal (δ=0)................. 48
Figura 24- Comportamento elétrico do diodo inversamente polarizado. ................................. 51
Figura 25- Diodo com geometria quadrada.............................................................................. 51
Figura 26- Diodo com formato de serpentina........................................................................... 51
Figura 27- Gráfico ln(ID) x VD para um diodo real. ................................................................. 54
Figura 28- Modelo de um diodo real em baixa freqüência, diretamente polarizado................ 55
Figura 29- Determinação da resistência série (rs) a partir do cruzamento da curva (rt x
1/I) com o eixo das ordenadas. .............................................................................. 57
Figura 30- Mecanismo de condução através de emissão termiônica........................................ 60
Figura 31- Mecanismo de condução através de emissão por campo........................................ 61
Figura 32- Mecanismo de condução através de emissão por campo-termiônico. .................... 61
Figura 33- Diagrama de contato tipo vertical. .......................................................................... 64
Figura 34- Diagrama de contato tipo horizontal....................................................................... 65
Figura 35- Fenômeno de concentração de corrente na transição da região de difusão
para o metal............................................................................................................ 68
Figura 36- Ilustração da mistura de corrente horizontal e vertical causada pela presença
de siliceto nas paredes laterais no contato. ............................................................ 71
Figura 37- Aumento da temperatura e potencial em função da corrente aplicada e da
área do contato. ...................................................................................................... 73
Figura 38- Modelagem da região de análise na estrutura de teste (Kelvin), com a
discretização em células elementares cúbicas. ...................................................... 75
Figura 39- Análise das células elementares cúbicas, através de seu comportamento
resistivo e dimensionamento dos resistores R1, R2 e R3. ....................................... 76
9
Figura 40- Região frontal do contato, onde é medido VFRONTAL. ............................................. 77
Figura 41- Resultado gráfico das tensões em cada um dos nós analisados.............................. 78
Figura 42- Resultado numérico tabelado das tensões em cada um dos nós analisados............ 78
Figura 43- Fluxograma do programa para determinação da resistividade real do contato. ..... 79
Figura 44- Oxidação (SiO2) de 15nm na lâmina de silício tipo P. ........................................... 82
Figura 45- Deposição de 220nm de nitreto de silício (Si3N4). ................................................. 82
Figura 46- Processo litográfico para definir foto-resiste sobre as regiões ativas. .................... 82
Figura 47- Corrosão por plasma (SF6) do Si3N4....................................................................... 83
Figura 48- Remoção do foto-resiste, oxidação úmida e remoção do Si3N4. ............................ 83
Figura 49- Implantação iônica de arsênio e ativação dos dopantes implantados. .................... 84
Figura 50- Deposição de 1,5nm de Pt mais 30nm de Ni por evaporação por feixe de
elétrons................................................................................................................... 84
Figura 51- Formação do siliceto, seguido da remoção do níquel não reagido. Deposição
de alumínio nas “costas” da lâmina. ...................................................................... 84
Figura 52- Deposição de 30nm de Ti e 250nm de Al por evaporação “e-beam” e
sinterização a 400ºC por 20 minutos. .................................................................... 85
Figura 53- Oxidação (SiO2) da lâmina de silício tipo P. .......................................................... 86
Figura 54- Processo litográfico para definição da região ativa. ............................................... 86
Figura 55- Corrosão do óxido espesso e remoção do foto-resiste. ........................................... 86
Figura 56- Implantação iônica de arsênio e ativação dos dopantes.......................................... 87
Figura 57- Deposição de 1,5nm de Pt mais 30nm de Ni por evaporação “e-beam”. ............... 87
Figura 58- Formação do siliceto e remoção do níquel não reagido com o silício. ................... 87
Figura 59- Deposição de 30 nm de Ti e 250 nm de Al............................................................. 88
Figura 60- Deposição de Al nas “costas” da lâmina e sinterização final. ................................ 88
Figura 61- Foto de uma das lâminas processadas da segunda série de lâminas. ...................... 89
Figura 62- Foto do painel frontal do pico-amperímetro da marca HP modelo 4140B............. 92
Figura 63- Foto do sistema de pontas finas que torna possível o contato elétrico entre os
“pads” presentes na lâmina e o equipamento HP-4140B. ..................................... 92
Figura 64- Foto do equipamento Sony-Tektronix modelo 370A. ............................................ 94
Figura 65- Foto do sistema de pontas finas que torna possível o contato elétrico entre os
“pads” e o Sony-Tektronix 370A. ......................................................................... 94
Figura 66- Foto do equipamento da marca VEECO modelo FPP5000.................................... 95
Figura 67- Diagrama esquemático das conexões do Agilent 4156C na estrutura Kelvin. ....... 97
10
Figura 68- Analisador de parâmetros para semicondutores da marca Agilent modelo
4156C..................................................................................................................... 97
Figura 69- Foto do sistema de pontas finas que torna possível o contato elétrico entre os
“pads” e o Agilent 4156C. ..................................................................................... 98
Figura 70- Resistividade do filme de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina em
função da temperatura de recozimento (RTP). .................................................... 100
Figura 71- Foto da lâmina (segunda série de lâminas) dividida em cinco regiões onde as
estruturas que foram medidas estão indicadas através do símbolo “circulo
com cruz” sobre cada pastilha quadrada (5,3mm x 5,3mm) escolhida. .............. 101
Figura 72- Possível caminho da solução (4H2O : 1H2O2 : 1NH4OH em 70 ºC) na
estrutura do diodo. ............................................................................................... 104
Figura 73- Gráfico com o comportamento ôhmico do contato, típico da lâmina
processada............................................................................................................ 106
Figura 74- Inserção dos dados no programa para calcular a resistividade real do contato. ... 108
Figura 75- Resultado final da resistividade real do contato após diversas iterações.............. 108
Figura 76- Corrente reversa típica para diodos quadrados 300µm x 300µm (primeira
série de lâminas). ................................................................................................. 111
Figura 77- Corrente reversa típica para diodos serpentinas com área de 90000 µm2 e
perímetro de 6000µm (primeira série de lâminas)............................................... 113
Figura 78- Corrente reversa típica para diodos quadrados 300µm x 300µm (segunda
série de lâminas). ................................................................................................. 113
Figura 79- Corrente reversa típica para diodos serpentinas com área de 90000µm2 e
perímetro de 6000µm (segunda série de lâminas). .............................................. 114
Figura 80- Curva típica dos diodos diretamente polarizados (primeira série de lâminas). .... 115
Figura 81- Gráfico típico do logaritmo da corrente direta em função da tensão direta,
mostrando o comportamento típico nos diodos (primeira série de lâminas). ...... 117
Figura 82- Curva típica do diodo diretamente polarizado (segunda série de lâminas). ......... 118
Figura 83- Gráfico típico do logaritmo da corrente direta em função da tensão direta,
mostrando o comportamento típico nos diodos (segunda série de lâminas). ...... 119
Figura 84- Gráfico típico da resistência diferencial total em função do inverso da
corrente, mostrando o comportamento típico nos diodos quadrados 300µm x
300µm (primeira série de lâminas). ..................................................................... 120
11
Figura 85- Gráfico típico da resistência diferencial total em função do inverso da
corrente, mostrando o comportamento típico nos diodos quadrados 300µm x
300µm (segunda série de lâminas). ..................................................................... 121
Figura 86- Espectro RBS típico de um filme de Ni (30nm) / Pt (1,5nm) depositado sobre
substrato de Si...................................................................................................... 141
Figura 87- Espectro RBS do filme de Ni/Pt/Si antes do recozimento e após um
recozimento em 350ºC por 120 s, respectivamente............................................. 142
Figura 88- Espectro RBS dos filmes de Ni(Pt)Si obtidos após recozimento em 400ºC,
450ºC e 500ºC por 120 s, respectivamente.......................................................... 143
Figura 89- Espectro de uma simulação com o programa RUMP e o espectro RBS da
amostra obtida em 700ºC..................................................................................... 143
Figura 90- Espectro RBS do filme de Ni(Pt)Si obtido após recozimento em 800ºC
juntamente com a simulação no programa RUMP. ............................................. 144
Figura 91- Difratograma XRD da formação de siliceto de níquel com platina obtida por
RTP com tempo de 120 s. em 350 ºC. ................................................................. 145
Figura 92- Difratogramas XRD de amostras de siliceto de níquel com platina obtidas
por RTP com tempo de 120 s. em: (a) 400ºC, (b) 500ºC e (c) 600ºC. ................ 146
Figura 93- Imagens AFM em 3D da (a) superfície do níquel antes do recozimento, (b)
após recozimento em 400ºC e (c) após recozimento em 500ºC. ......................... 148
12
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Receitas de formação de NiSi. ................................................................................. 32
Tabela 2- Tempo de integração para freqüência da rede elétrica a 60 Hz................................ 90
Tabela 3- Modos de forma de onda de saída. ........................................................................... 91
Tabela 4- Modos de forma de onda de saída permitidos em função da medição..................... 91
Tabela 5- Correntes e tensões de teste do VEECO - FPP5000. ............................................... 95
Tabela 6- Resistividade dos filmes de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina. ............... 99
Tabela 7- Resistência de folha nas cinco regiões da lâmina processada. ............................... 102
Tabela 8- Resistividades dos filmes de siliceto de níquel nas cinco regiões da lâmina
processada............................................................................................................ 103
Tabela 9- Resistência de contato e resistividade de contato para diversas correntes
elétricas em uma estrutura Kelvin com comportamento típico da lâmina
processada............................................................................................................ 105
Tabela 10- Resistividade de contato (aparente) na lâmina processada. ................................. 106
Tabela 11- Resistividade real de contato (µΩ.cm2) e a diferença entre a resistividade
real do contato e a resistividade aparente do contato (%) para a lâmina
processada............................................................................................................ 109
Tabela 12- Espessuras e estequiometrias dos filmes de siliceto de níquel com platina
obtidas através de simulações dos espectros RBS no programa RUMP. ............ 144
Tabela 13- Valores de micro-rugosidade média (Ra), vale-pico (RVP) e RMS (RRMS)
superficiais dos silicetos formados em diversas temperaturas e também da
superfície inicial (Ni/Pt/Si). ................................................................................. 147
13
LISTA DE SÍMBOLOS E ABREVIATURAS
α Ângulo de inclinação na curva do diodo para extração da resistência reversa
β Ângulo de inclinação na curva do diodo para extração do fator de idealidade
ρ Resistividade elétrica
ρC Resistividade real do contato
ρC* Resistividade de contato determinada experimentalmente, com prováveis erros devido aos efeitos do fenômeno de concentração das linhas de corrente lateral.
ρSI Resistividade do semicondutor (Si)
Ω Unidade de resistência elétrica (Ohms)
Ω/ Unidade de resistência de folha
θ Ângulo da curva da resistência diferencial total em função do inverso da corrente elétrica
ФM Função trabalho do metal
ФS Função trabalho do semicondutor
δ Distância entre o contato e o fim da região de difusão ao redor do contato (largura da borda).
ε Constante dielétrica do semicondutor
Bφ Altura da barreira de potencial
η Fator de idealidade
h Constante de Planck (h/2π)
∞E Energia relativa à probabilidade de tunelamento
∆ Variação
∆TC Aumento de temperatura no contato devido ao efeito Joule
∆x Distância entre os nós
°C Unidade de temperatura (Graus Celsius)
14
1-D Unidimensional
3-D Tridimensional
AFM Microscopia de Força Atômica (Atomic Force Microscopy)
C1 Capacitância do primeiro diodo
C2 Capacitância do segundo diodo
CBKR Resistor Kelvin tipo cruz (Cross-bridge Kelvin resistor)
CC Comprimento da região de contato
CCD Dispositivos acoplados por carga
CD Comprimento da região de difusão
CER Resistor de final de contato (Contact End Resistor)
CMOS “Complementary Metal Oxide Semiconductor”
CP Capacitância horizontal por unidade de comprimento
CS Capacitância vertical por unidade de área
CT Comprimento da trilha para a região de difusão
CTLR Resistor de Linha de Transmissão Circular (Circular Transmission Line Resistor)
D.I. Deionizada
DRAM Memórias dinâmicas
EFM Microscopia de Força Eletrostática (Electrostatic Force Microscopy)
F Função de Van der Pauw
FE Emissão por campo (Field Emission)
gj Condutância diferencial da junção
I Corrente elétrica
I0 Corrente de saturação
ID Corrente direta no diodo
IDS Corrente elétrica entre dreno e fonte
15
IF Corrente reversa de fuga
IF1 Corrente reversa de fuga no primeiro diodo
IF2 Corrente reversa de fuga no segundo diodo
IFP Corrente de fuga por unidade de perímetro
IFS Corrente de fuga por unidade de área
J Densidade de corrente local
k Constante de Boltzmann
LC Largura da região de contato
LD Largura da região de difusão
Lsi Comprimento do semicondutor (Si)
Lt Comprimento de transferência
LT Largura da trilha para a região de difusão
M Material da barreira de difusão
m* Massa efetiva dos portadores no tunelamento
MOS Metal Óxido Semicondutor (Metal Oxide Semiconductor)
NDOP Concentração de dopante
P1 Perímetro do primeiro diodo
P2 Perímetro do segundo diodo
Pa Unidade de pressão (pascal) N/m2
q Valor da carga do elétron
R1 Resistor associado à região de difusão fora da área do contato
R2 Resistor associado à região de difusão embaixo da área do contato
R3 Resistor associado à interface metálica
Ra Micro-rugosidade média
Rac Resistência de acumulação próxima ao canal
16
RBS Espectroscopia de retroespalhamento Rutherford (Rutherford Backscattering Spectroscopy)
RC Resistência de contato
Rco Resistência de contato entre metal e difusão
Rd Resistência série da difusão
RDS Resistência elétrica entre dreno e fonte
jr Resistência diferencial da junção
RREV Resistência reversa do diodo
RRMS Micro-rugosidade RMS
rs Resistência série do diodo
Rsh Resistência de folha fora da área do contato
Rsh1 Primeira medição de resistência de folha
Rsh2 Segunda medição de resistência de folha
Rsk Resistência de folha embaixo da área do contato
Rsp Resistência de espalhamento
rt Resistência diferencial total
RTP Processo Térmico Rápido (Rapid Thermal Processing)
RUMP Programa para simulação e análise de espectros RBS.
RVP Micro-rugosidade vale-pico
S Área
SALICIDE Siliceto auto-alinhado (Self Aligned Silicide)
Si-poli Silício policristalino
SJEM “Scanning Joule Expansion Microscopy”
St Coeficiente de temperatura
T Temperatura absoluta em Kelvin
17
TE Emissão termiônica (Thermionic emission)
TFE Emissão por campo-termiônico (Thermionic Field Emission)
TLTR Resistor de Linha de Transmissão (Transmission Line Tap Resistor)
Torr Unidade de medida de pressão
Tox Espessura do óxido
ULSI Integração em escala muitíssimo ampla (Ultra Large Scale Integration)
V Tensão elétrica
VA Tensão de saída da fonte A
VB Tensão de saída da fonte B
Vc Tensão sobre a região de contato
VD Tensão aplicada no diodo
VDS Tensão elétrica entre dreno e fonte
VFRONTAL Tensão elétrica da região frontal no contato
VG Tensão de porta (gate) no transistor MOS
Vj Tensão na junção do diodo ideal
VLSI Integração em escala muito ampla (Very Large Scale Integration)
X Espessura ou profundidade
XRD Difração de raios-X (X-Ray Diffraction)
18
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO, JUSTIFICATIVAS, OBJETIVOS E ORG. DO TRABALHO............20
1.1 Introdução e Justificativas ........................................................................................20
1.2 Objetivos...................................................................................................................23
1.3 Organização do trabalho...........................................................................................23
2 SILICETOS METÁLICOS NA FABRICAÇÃO DE CIRCUITOS INTEGRADOS......25
2.1 Silicetos auto-alinhados para contatos e interconexões (SALICIDE)......................27
2.2 Siliceto de níquel sobre silício mono-cristalino altamente dopado (NiSi) ...............29
2.2.1 Temperatura para formação do siliceto de níquel ................................................30
2.2.2 Características elétricas do siliceto de níquel .......................................................33
2.2.3 O efeito do tipo de dopante sobre a resistência de folha ......................................34
2.2.4 A espessura do níquel na determinação da resistência de folha ...........................36
2.2.5 O efeito da pressão sobre a resistência de folha ...................................................37
2.2.6 O efeito da largura de linha sobre a resistência de folha ......................................38
2.2.7 Função trabalho e tensão de faixa plana com o siliceto de níquel........................39
2.3 Barreiras de difusão ..................................................................................................40
3 DISPOSITIVOS PARA ANÁLISE DE ESTRUTURAS DE CONTATO......................43
3.1 Dispositivo para medidas de resistência de folha (Van der Pauw) ..........................43
3.2 Dispositivo para medidas de resistência de contato (Kelvin)...................................46
3.3 Diodo ........................................................................................................................48
3.3.1 Corrente elétrica no diodo inversamente polarizado ............................................50
3.3.2 Diodos com diferentes áreas e perímetros............................................................51
3.3.3 Corrente elétrica no diodo diretamente polarizado...............................................53
3.3.4 Resistência série do diodo ....................................................................................55
4 MODELAGEM DO CONTATO .....................................................................................58
4.1 Modelo físico da interface do contato ......................................................................60
4.2 Corrente vertical e horizontal no contato .................................................................64
4.3 Concentração de linhas de corrente no contato ........................................................67
4.4 Efeito da metalização no contato..............................................................................69
4.5 Efeito do siliceto sobre a corrente no contato...........................................................70
4.6 Formação de “Spikes” no contato ............................................................................71
4.7 Efeito da concentração de corrente sobre a temperatura do contato ........................72
4.8 Programa para determinação da resistividade real do contato .................................74
19
5 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS........................................................................81
5.1 Primeira série de lâminas: junções N+P silicetadas ..................................................81
5.2 Segunda série de lâminas: Kelvin, Van der Pauw e junções N+P silicetadas...........85
5.3 Técnicas de caracterização elétrica...........................................................................89
5.3.1 Parametrização do HP-4140B ..............................................................................90
5.3.2 Parametrização do Sony-Tektronix 370A ............................................................93
5.3.3 Parametrização do VEECO FPP5000 ..................................................................95
5.3.4 Parametrização do Agilent 4156C........................................................................96
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES....................................................................................99
6.1 Resistividade do filme de mono-siliceto de níquel (NiSi) com 4% de Platina.........99
6.2 Medições de resistência de folha com estruturas Van der Pauw............................100
6.3 Medições de resistência de contato com estruturas Kelvin ....................................104
6.4 Resultados do programa: determinação da resistividade real do contato...............107
6.5 Resultados dos diodos com siliceto de níquel (NiSi) com 4% de Platina ..............110
6.5.1 Correntes e resistências reversas ........................................................................111
6.5.2 Tensão de condução, fator de idealidade e corrente de saturação ......................115
6.5.3 Resistência série na condução ............................................................................120
7 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS..........................................................123
7.1 Conclusões..............................................................................................................123
7.2 Perspectivas futuras ................................................................................................124
REFERÊNCIAS.....................................................................................................125
APÊNDICE A – PROGRAMA .............................................................................130
APÊNDICE B – AJUDA DO PROGRAMA.........................................................140
ANEXO A – FORMAÇÃO DO MONO-SILICETO DE NÍQUEL......................141
20
1 INTRODUÇÃO, JUSTIFICATIVAS, OBJETIVOS E ORGANIZAÇÃO DO
TRABALHO
1.1 Introdução e Justificativas
Desde o advento dos circuitos integrados, no início da década de 60, uma contínua
redução das dimensões e um incremento muito intenso do número de componentes por
pastilha (chip) está ocorrendo notadamente em circuitos microprocessadores e memórias de
alta densidade. A figura 1 ilustra a perspectiva da redução do comprimento de porta dos
transistores para os próximos anos (ITRS, 2005; SWART; PAVANELLO, 2003).
Figura 1- Perspectiva da redução do comprimento de porta (nm) para os próximos anos.
Contudo, a redução das dimensões dos dispositivos faz com que uma série de efeitos
secundários que influenciam o desempenho dos transistores MOS de pequenas dimensões
tornem-se mais intensos, como, por exemplo, resistência parasitária de fonte e dreno; efeito de
0
5
10
15
20
25
30
35
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
Ano
Com
prim
ento
de
port
a (n
m)
21
canal curto; efeito de canal estreito; perfuração MOS (Punchthrough); capacitância da camada
de inversão; redução da mobilidade; injeção de portadores quentes; rupturas, etc.
A resistência parasitária dos transistores compreende os seguintes componentes,
indicados na figura 2: (SWART; PAVANELLO, 2003; TSUI; CHEN, 1993)
- Resistência série da difusão (Rd);
- Resistência de contato entre metal e difusão (Rco);
- Resistência de espalhamento e de acumulação próximos ao canal (Rsp + Rac).
Figura 2- Representação esquemática dos componentes da resistência parasitária de fonte e dreno.
Para os dispositivos com dimensões sub-micrométricas, as resistências parasitárias
podem ser substanciais e limitar o desempenho dos dispositivos e circuitos. Esse efeito é
ilustrado na figura 3, que compara as curvas características de um transistor real com
resistência parasitária de fonte/dreno de 100Ω com as curvas características calculadas de um
outro transistor sem a resistência parasitária (SHIBATA et al., 1982).
A degradação apresentada na figura 3 pode ser minimizada por meio do emprego de
silicetos sobre as regiões de fonte e dreno. O filme de siliceto diminui a resistência entre o
contato e a borda de canal já que a resistência de folha do siliceto é pelo menos uma ordem de
grandeza menor que a difusão N+ de fonte e dreno (CHOW; STECKL, 1983). Além desse
fato, a literatura reporta que a resistividade do contato alumínio/siliceto é cerca de uma ordem
22
de grandeza menor do que o contato alumínio/silício (SWART, 1985). A área do contato
siliceto/silício é muito maior que a área típica de contato, podendo ocupar praticamente toda a
área de fonte/dreno; dessa forma, apesar de a resistividade de contato siliceto/silício ser da
mesma ordem de grandeza que a resistividade de contato metal/silício, a área é maior;
portanto, a resistência de contato fica substancialmente menor (SANTOS FILHO, 1988).
Figura 3- Efeito da resistência série entre fonte/dreno (RDS) nas curvas características IDS x VDS de um transistor canal n com comprimento de 0,5µm e largura de 19µm.
A literatura reporta que TiSi2 e CoSi2 são limitados por problemas de resistência de
folha dependente da largura de linha (para TiSi2) e alto consumo de silício para a formação do
siliceto, além da alta corrente de fuga em junções ultra-rasas (para CoSi2). O siliceto de níquel
(NiSi) é um potencial candidato para substituir os silicetos supracitados; por isto, tem sido
objeto de extensiva investigação (SENG et al., 2001).
Neste trabalho serão mostradas a construção e a caracterização elétrica de estruturas
de contatos rasos silicetados Al/Ti/NiSi/Junção onde o titânio (Ti) é utilizado como barreira
de difusão passiva. A formação do siliceto de níquel (NiSi) será realizada com a adição 4% de
Platina (Pt) para melhorar a estabilidade térmica do siliceto (LIU et al., 2000).
VDS (V)
I DS
(mA
)
23
1.2 Objetivos
O presente trabalho foi realizado para agregar novas informações e colaborar na
complementação de outros trabalhos visando o domínio de uma tecnologia de silicetos, no
caso o siliceto de níquel. A contribuição desta dissertação dentro do trabalho da equipe foi
consolidada através dos seguintes objetivos específicos:
a) Caracterização elétrica de filmes finos de siliceto de níquel (NiSi) com 4% de Platina.
b) Estudos sobre a modelagem dos contatos em junções rasas.
c) Caracterização elétrica dos contatos rasos através de medições de resistência de folha das
estruturas Van der Pauw, medições de resistência de contato das estruturas Kelvin,
medições em diodos (corrente de fuga por unidade de área, corrente de fuga por unidade de
perímetro, resistência reversa, tensão de início de condução, fator de idealidade, corrente
de saturação e resistência série) e análise da resistividade real do contato das estruturas de
contatos Al/Ti/NiSi/Junção, no qual o NiSi é formado com a adição de 4% de Platina.
1.3 Organização do trabalho
Neste primeiro capítulo foram apresentadas as justificativas e os objetivos deste
trabalho. Os demais capítulos estão organizados como segue:
Capítulo 2 - Neste capítulo são apresentados os silicetos metálicos mais utilizados em
microeletrônica com ênfase no siliceto de níquel, incluindo informações como: temperatura
de formação, características elétricas, efeito do tipo de dopante sobre a resistência de folha,
espessura do níquel na determinação da resistência de folha, efeito da pressão sobre a
24
resistência de folha, efeito da largura de linha sobre a resistência de folha, função trabalho e
tensão de faixa plana com o siliceto de níquel. A necessidade do uso de barreiras de difusão
também é discutida neste capítulo.
Capítulo 3 - Neste capítulo são apresentados os dispositivos de testes para análise de
estruturas de contato, incluindo: dispositivo para medidas de resistência de folha (Van der
Pauw), dispositivo para medidas de resistência de contato (Kelvin), diodos com diferentes
áreas e perímetros.
Capítulo 4 - Neste capítulo é exposta a modelagem do contato, incluindo a descrição de um
programa para determinação da resistividade real de contato, desenvolvido em MATLAB.
Capítulo 5 - Neste capítulo são apresentados os procedimentos experimentais para
fabricação das lâminas com as estruturas de caracterização elétrica. Contém também a
descrição dos equipamentos utilizados para a caracterização elétrica das estruturas fabricadas.
Capítulo 6 - Neste capítulo são apresentados os resultados experimentais da caracterização
elétrica de contatos rasos de siliceto de níquel com 4% de Platina sobre junções N+P e a
utilização do programa desenvolvido em MATLAB para determinação da resistividade real de
contato.
Capítulo 7- Neste capítulo estão formuladas as conclusões gerais deste trabalho e as
perspectivas futuras para a continuação do estudo e caracterização de contatos rasos.
25
2 SILICETOS METÁLICOS NA FABRICAÇÃO DE CIRCUITOS INTEGRADOS
O interesse pela utilização do siliceto nas tecnologias de fabricação de circuitos
integrados surgiu no final da década de 70, quando foi proposto como substituto do silício
policristalino para material de porta e interconexão (GARDINI, 1983). O silício reage com
vários elementos da tabela periódica para formar um ou mais silicetos conforme pode ser
visto na figura 4 (MURARKA, 1983). Destes, os mais usados em circuitos integrados são os
silicetos de metais pertencentes aos grupos 14, 15 e 16 da tabela periódica (antigos IVA, VA e
VIA, os metais refratários) e os silicetos de metais dos grupos 4, 8, 9 e 10 (antigos IVB e
VIIIB, os metais quase nobres) (MURARKA, 1983).
Em microeletrônica, os silicetos formam-se pela reação em estado sólido por ativação
térmica. O metal é depositado na forma de filme fino sobre um substrato de silício utilizando-
se, geralmente, a técnica de pulverização catódica (sputtering) (SANTOS FILHO, 1988). O
tipo de siliceto apropriado para aplicações na tecnologia de circuitos integrados deve reunir
as seguintes características: (MURARKA, 1983; REIS, 2001)
a) Baixa resistividade;
b) Facilidade de formação;
c) Existência de um processo de corrosão que permita a remoção seletiva do metal em
relação ao silício;
d) Estabilidade em ambientes oxidantes;
e) Boa estabilidade térmica;
f) Superfície final lisa;
g) Compatibilidade com a tecnologia MOS;
h) Interações limitadas com os dopantes (não substancial);
i) Não deve reagir com o SiO2 nas temperaturas de silicetação.
26
Figura 4- Silicetos obtidos a partir dos elementos da tabela periódica.
11 12 13 14 15 16 17 18
B6Si B4Si B3Si
CSi N4Si3 OSi O2Si
F4Si
Si PSi S2Si Cl4Si
Cu3Si As2Si AsSi
Se2Si Br4Si
Te2Si TeSi
I4Si
1 2 3
H4Si
Li15Si4 Li2Si
NaSi
Mg2Si
KSi KSi6
Ca2Si CaSi CaSi2
Sc5Si3 ScSi
Sc2Si3 Sc3Si5
RbSi RbSi6
SrSi SrSi2
Y5Si4
Y5Si3 YSi YSi2
CsSi CsSi3
BaSi BaSi2
*
**
* La5Si3 LaSi LaSi2
Ce3Si Ce2Si CeSi CeSi2
PrSi2 NdSi2 SmSi2 Gd3Si5 GdSi2
Dy3Si5
DySi2 Er3Si5 YbSix Lu2Si5
** Th3Si2
ThSi ThSi2
U3Si2
USi U2Si3
USi2
USi3
NpSi3 PuSi PuSi2
4 5 6 7 8 9 10
TiSi3 Ti5Si3 TiSi TiSi2
V3Si V5Si3
VSi2
Cr3Si Cr5Si3
CrSi
CrSi2
Mn3Si Mn5Si3
MnSi MnSi2
Fe3Si Fe5Si3 FeSi FeSi2
Co3Si Co2Si CoSi CoSi2
Ni3Si Ni2Si Ni5Si2 Ni3Si2 NiSi NiSi2
Zr4Si Zr2Si Zr3Si2
Zr6Si3
ZrSi ZrSi2
Nb4Si Nb5Si3 NbSi2
Mo3Si Mo5Si3
Mo3Si2
MoSi2
Ru2Si RuSi
Ru2Si3
Rh2Si Rh5Si3
Rh3Si2
RhSi Rh2Si3
Pd3Si Pd2Si PdSi
Hf2Si Hf5Si2 Hf3Si2 HfSi HfSi2
Ta4Si5
Ta2Si Ta5Si3
TaSi2
W3Si W5Si3
WSi2
Re3Si Re5Si3 ReSi ReSi2
OsSi OsSi2
OsSi3
Ir3Si
Ir2Si Ir3 Si2
IrSi IrSi3
Pt3Si Pt2Si PtSi
26
27
Atualmente, a formação de siliceto é comumente realizada através da técnica
“SALICIDE” (Self Aligned Silicide), ou seja, siliceto auto-alinhado, sobre as regiões de fonte,
dreno e silício policristalino de porta em dispositivos CMOS para reduzir as resistências série
da difusão e de contato, como ilustrado na figura 5 (REIS, 2001), evitando-se a degradação
das características elétricas do dispositivo final (MURARKA, 1986; OSBURN et al., 1991;
TING, 1984).
Figura 5- Ilustração simplificada da diminuição da resistência série de fonte e dreno através da silicetação auto-alinhada das regiões de porta, fonte e dreno do transistor MOS.
2.1 Silicetos auto-alinhados para contatos e interconexões (SALICIDE)
A técnica de obtenção de siliceto auto-alinhado “SALICIDE” (Self Aligned Silicide) é
necessária para se obter alta performance dos componentes CMOS com dimensões sub-
micrométricas, pois é possível obter baixa resistência de folha de fonte, dreno, porta e
interconexões com o silício policristalino silicetado (SENG et al., 2001).
A fabricação de estrutura tipo “SALICIDE” segue as tecnologias CMOS
convencionais até o ponto em que se faz a definição do silício policristalino. Na etapa
seguinte, é definido um óxido espaçador nas paredes laterais do silício policristalino e, em
seguida, é realizada a deposição de um filme metálico que após tratamento térmico terá a
Siliceto
28
Ni
formação de siliceto nas regiões de porta, fonte e dreno simultaneamente, de maneira auto-
alinhada (SANTOS FILHO, 1988). Na figura 6 está ilustrado o processo para obtenção dessa
estrutura:
Fotogravação do Si-poli.
Definição do óxido espaçador.
Deposição do filme de Níquel
Recozimento
Remoção do excesso de Níquel
Figura 6- Etapas de fabricação da estrutura “Salicide” utilizando o mono-siliceto de níquel.
PORTA ÓXIDO ESPAÇADOR
N+ (DRENO)
N+ (FONTE)
NiSi
29
O uso de um óxido espaçador evita o curto-circuito entre silício-policristalino e
fonte/dreno e possibilita uma maior área de contato entre o siliceto e as regiões de difusão de
fonte e dreno como mencionado anteriormente.
2.2 Siliceto de níquel sobre silício mono-cristalino altamente dopado (NiSi)
Silicetos metálicos têm sido amplamente utilizados na indústria de microeletrônica,
particularmente como material para contato e interconexões, diminuindo a resistência de
contato e as resistências série de fonte, dreno e silício policristalino de porta nos transistores
MOS, conforme já mostrado anteriormente.
O siliceto de níquel (NiSi) tem demonstrado ser um material promissor para
dispositivos sub-micrométricos em tecnologias CMOS. O siliceto de níquel possui vantagens
para contatos de baixa resistência: baixa resistividade (~20µΩcm), menor consumo de silício
(~1nm de Ni reage com 1,84nm de Si para formar 2,22nm de NiSi), uma simples e única
etapa de recozimento, baixa temperatura de formação, extensa faixa de estabilidade térmica
(~400 a 700°C), e pode ter baixa ou nenhuma degradação da resistividade em linhas estreitas
(nenhuma dependência da largura de linha) (POON et al., 1998). Portanto, o NiSi pode ser
formado com baixo consumo de silício comparado aos TiSi2 e CoSi2 e sem degradação
apreciável da resistividade para linhas muito estreitas (<0,1 µm) (JUANG et al.,1998;
MUKAI et al., 1995; POON et al., 1998).
No trabalho de Mukai (1995, p.567-572) foi feita uma análise da compatibilidade do
NiSi no processo siliceto auto-alinhado “SALICIDE” para dispositivos sub-micrométricos no
qual foi observada a possibilidade de se obter linhas silicetadas finas e estreitas com baixa
resistência de folha utilizando NiSi. Uma vez que a reação entre o metal (Ni) e o silício para a
30
formação do NiSi não ocorre no óxido-espaçador localizado nas paredes laterais da estrutura
“SALICIDE” em baixa temperatura, a formação pode ser realizada em etapa única de
recozimento térmico. Esses resultados reportados na literatura sugerem que o processo
“SALICIDE” utilizando o NiSi é satisfatório para profundidades sub-micrométricas nos
processos CMOS de baixo custo (MUKAI et al., 1995).
2.2.1 Temperatura para formação do siliceto de níquel
Os filmes de níquel podem ser depositados sobre o silício policristalino da porta ou
sobre o silício dopado de fonte e dreno através do processo de pulverização catódica
(sputtering). A formação do siliceto de níquel é realizada por recozimento térmico rápido em
etapa única. Observam-se diferentes fases do siliceto de níquel de acordo com o processo
térmico empregado, isto é, Ni2Si, NiSi, NiSi2, etc. (RAMAMURTHY et al., 2004).
No trabalho de Julies (1999, p.201-207), foi depositado 100nm de níquel (Ni) no
substrato de silício (100) em 10-5 Pa à temperatura ambiente, utilizando deposição por feixe
de elétrons (e-beam). A amostra do filme fino foi recozida em um forno a vácuo (10-5 Pa). Na
temperatura de 200°C obteve-se a fase inicial Ni2Si e entre 350°C e 700°C foi obtido o NiSi
desejado, com baixa resistividade; porém, a partir de aproximadamente 750°C, o NiSi reage
com o silício do substrato para formar NiSi2 de alta resistividade (JULIES et al., 1999; ZHU
et al., 2004).
Resultados semelhantes também foram obtidos no trabalho de Xu (1998, p.143-150),
no qual foram obtidas as fases Ni3Si, Ni2Si, NiSi e NiSi2. As fases Ni3Si e Ni2Si foram
observadas em baixas temperaturas, isto é, abaixo de 350°C. Em temperaturas na faixa de
350°C a 750°C, o NiSi desejado foi formado. Já em temperaturas maiores que 750°C, obteve-
31
se a fase NiSi2 de maior resistividade (XU et al., 1998). A figura 7 mostra os resultados da
difração de raios-X obtidos usando radiação Cu Kα e um ângulo de incidência 0,5° para
reação de 30nm de filme de Ni sobre silício (100) dopado com As, após recozimentos a
275°C, 500°C e 850°C mostrando a presença de Ni2Si, NiSi e NiSi2, respectivamente (KITTL
et al., 2003).
Figura 7- Difração de raios-X para determinar a presença de Ni2Si, NiSi e NiSi2.
A transição do NiSi de baixa resistividade para o NiSi2 de alta resistividade ocorre em
temperaturas maiores que 750°C e traz sérios problemas. Nos últimos anos foram
intensificados os estudos feitos sobre a estabilidade térmica de filmes de NiSi. Recentemente,
foi reportado que a adição de 5% de platina (Pt) pode melhorar significativamente a
estabilidade térmica do NiSi (LIU et al., 2000). O gráfico da resistência de folha em função da
temperatura de recozimento térmico rápido é apresentado na figura 8. Nesse gráfico é possível
observar que as amostras de Ni/Pt/Si recozidas até 850ºC não apresentam aumentos
consideráveis na resistência de folha. Isso indica que a fase presente neste processo é a de
baixa resistividade, ou seja, NiSi. Por outro lado, em amostras onde o siliceto foi obtido sem a
Ni / As dopado (100) Si
850°C NiSi2
500°C NiSi
275°C Ni2Si
25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 2 Theta (deg)
Inte
nsid
ade
(A.U
.)
32
adição de platina, o aumento na resistência de folha aparece em temperaturas abaixo de 750ºC
(DOI et al.,2005; LIU et al., 2000; REIS, 2004).
A adição de platina promove uma significante melhora na integridade das junções
rasas silicetadas, pois ajuda a evitar a formação de “spikes” nos silicetos (DONGZHI, 2001).
Figura 8- Resistência de folha em função da temperatura de recozimento em amostras com (5%) e sem Platina (Pt).
Existem diversas receitas para formação do siliceto de níquel: (REIS, 2004)
Tabela 1- Receitas de formação de NiSi.
Espessura do Ni
Temperatura Tempo de Recozimento
Resistividade Referência
19 nm 400 – 600 ºC - 10 µΩ cm (XIANG et al., 2000)
25 nm 600 ºC 40 s. 12 – 15 µΩ cm (POON et al., 2000)
~ 25 nm 400 ºC - 13,7 µΩ cm (MUKAI et al., 1995)
100 nm 350 – 700 ºC - - (JULIES et al., 1999)
125 nm 550 ºC 30 s. 18-20 µΩ cm (XU et al., 1998)
300 nm 600 ºC 30 s. 20,6 µΩ cm (MORIMOTO et al., 1991)
650 700 750 800 850 900 Temperatura °C
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
33
2.2.2 Características elétricas do siliceto de níquel
A baixa resistividade (~20 µΩcm) e a baixa ou nenhuma degradação da resistividade
em linhas estreitas (nenhuma dependência da largura de linha) tem sido reportada em diversos
trabalhos (MORIMOTO et al., 1991; MUKAI et al., 1995; POON et al., 2000; XU et al.,
1998).
A figura 9 (MUKAI et al., 1995) mostra o efeito da temperatura de silicetação sobre a
resistência de folha do NiSi onde o valor mínimo é obtido na faixa de 400-500°C. Além disso,
é possível observar que a resistência de folha aumenta com o aumento da pressão total, como
será melhor abordado posteriormente.
A figura 10 (MUKAI et al., 1995) mostra a resistência de folha e a resistividade
elétrica em função da espessura da camada de NiSi produzida com temperatura de silicetação
de 400°C. O NiSi, para camadas mais grossas que 53 nm de espessura, tem resistividade de
13,7µΩcm. Porém, a maior dependência da resistividade elétrica em função da espessura
ocorre em espessuras menores que 53 nm onde a resistividade aumenta gradualmente de um
valor mínimo de 13,7 µΩcm para 17,6 µΩcm com a diminuição da espessura de 53nm para
24nm.
Figura 9- Gráfico da variação da resistência de folha do NiSi em função da temperatura de silicetação.
Temperatura (°C)
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
34
Figura 10- Gráfico da variação da resistência de folha e da resistividade elétrica da camada de NiSi em função da espessura do siliceto.
2.2.3 O efeito do tipo de dopante sobre a resistência de folha
Os efeitos provocados por diferentes tipos de dopantes são de interesse para aplicações
em microeletrônica, visto que o siliceto precisa ser formado em áreas altamente dopadas de
fonte, dreno e silício policristalino. A figura 11 (XU et al., 1998) mostra o gráfico da variação
da resistência de folha para filmes de siliceto de níquel em função da temperatura onde o (Ni)
foi depositado em substratos de silício (100) com diferentes dopagens. A espessura inicial dos
filmes de níquel variou de 12 e 50nm. A transição de NiSi de baixa resistividade para NiSi2 de
alta resistividade ocorre em baixas temperaturas para amostras implantadas com arsênio e
fósforo enquanto implantações com boro retardaram essa transição. Para filmes de siliceto
formados a partir de 12nm de espessura de Ni, a diferença na temperatura de transição do
NiSi para o NiSi2 foi de aproximadamente 100°C. Para filmes mais espessos (50nm), esse
efeito não aparece substancialmente.
Res
istê
ncia
de
folh
a
(Ω / )
R
esistividade elétrica (µΩ
cm) Espessura de siliceto de níquel produzido (nm)
35
Temperatura (°C)
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
Figura 11- Gráfico da variação da resistência de folha em função da temperatura, dopante e espessura do níquel em substratos de silício.
Outros experimentos similares foram realizados com filmes de siliceto formados sobre
substratos de silício policristalino, conforme demonstrado na figura 12 (XU et al., 1998). A
espessura do filme de níquel foi de 50nm sendo que nesse caso o efeito do tipo de dopante na
temperatura de transição de NiSi para NiSi2 ou desestabilidade térmica de NiSi2 ficaram
ausentes, independente da espessura do filme.
Figura 12- Gráfico da variação da resistência de folha em função da temperatura e dopante para substratos de silício policristalino altamente dopado.
Temperatura (°C)
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
36
2.2.4 A espessura do níquel na determinação da resistência de folha
A figura 13 (para substratos de silício 100) e a figura 14 (para silício policristalino)
(XU et al., 1998) mostram a resistência de folha de filmes NiSi em função da espessura do
níquel para substratos com diferentes dopantes. Observa-se que a resistência de folha aumenta
com a diminuição da espessura do filme até um certo ponto crítico, conforme mostrado nas
figuras 13 e 14. As resistividades dos filmes variam de 18 a 20µΩcm para essas faixas de
espessura. Este comportamento foi similar para filmes de siliceto formados sobre substrato de
silício (100) e silício policristalino.
Figura 13- Gráfico da variação da resistência de folha em função da espessura inicial do níquel (Ni) em substratos de silício (100) com diferentes dopantes.
Figura 14- Gráfico da variação da resistência de folha em função da espessura inicial do níquel (Ni) em silício policristalino com diferentes dopantes.
Espessura do Ni (Å)
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
Espessura do Ni (Å)
37
2.2.5 O efeito da pressão sobre a resistência de folha
A resistência de folha aumenta com o aumento da pressão total durante a deposição do
metal Ni. Na figura 15 (MUKAI et al., 1995), é possível observar os efeitos da pressão na
resistência de folha do NiSi com espessuras de 27nm e 42nm. Para uma pressão total de
2,3x10-10 Torr, uma resistência de folha mínima de 3,2 Ω/ é observada para uma espessura
de 42nm de NiSi produzido. Nesse caso, a resistência aumenta gradualmente de um valor
mínimo de 3,2 Ω/ até 5,1 Ω/ com a variação da pressão total de 4,7x10-10 até 12,0x10-10
Torr. As camadas de NiSi foram todas produzidas na temperatura de 400°C.
Figura 15- Resistência de folha em função da pressão total durante a deposição de níquel (Ni).
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
0 2 4 6 8 10 12 Pressão (x10-10 Torr)
8
7
6
5
4
3
38
2.2.6 O efeito da largura de linha sobre a resistência de folha
A resistência de folha para linhas com siliceto de titânio TiSi2 aumenta com a
diminuição da largura de linha. Esse problema acontece porque a etapa de transformação e
aglomeração do siliceto é afetada pela largura de linha. No caso do siliceto de cobalto CoSi2,
o mesmo problema de aumento da resistência de folha acontece porque é formado um siliceto
mais fino nas bordas do que no centro (MUKAI et al., 1995).
Camadas de siliceto de níquel (NiSi) obtidas a 400°C foram produzidas sobre silício
policristalino com largura de linha de 0,2 a 16,0 µm. A figura 16 (MUKAI et al., 1995)
mostra os valores da resistência de folha para larguras de linha na faixa de 0,2 a 4,0 µm. Esses
resultados indicam que linhas silicetadas estreitas com baixa resistência de folha podem ser
obtidas pela utilização de NiSi (MUKAI et al., 1995).
Figura 16- Gráfico do efeito da largura de linha sobre a resistência de folha em linhas de silício policristalino com espessura de 42nm de NiSi.
Largura de linha (µm)
Res
istê
ncia
de
folh
a (Ω
/ )
39
2.2.7 Função trabalho e tensão de faixa plana com o siliceto de níquel
Trabalhos recentes reportam que a média da função trabalho do siliceto de níquel é de
4,7 eV (em condições de recozimento a 450°C durante 10 minutos utilizando 50nm de filme
de níquel sobre a porta com silício policristalino). Já a implantação de arsênio ou antimônio
no silício policristalino antes da silicetação reduz a função trabalho do siliceto de níquel
(NiSi) e a tensão de faixa plana, conforme mostrado na figura 17. Essa mudança na função
trabalho é maior com antimônio do que com arsênio. Durante a silicetação do níquel, o
acúmulo dessas espécies (arsênio ou antimônio) na interface Siliceto/Óxido em capacitores
MOS é o principal responsável por essa mudança na função trabalho (YUAN; WOO, 2005).
Figura 17- Tensão de faixa plana do siliceto de níquel em função da implantação de arsênio e temperatura de pré-ativação do As (espessura do óxido de 10nm).
Ten
são
de f
aixa
pla
na (
V)
-0,50
-0,55
-0,60
-0,65
-0,70
-0,75
-0,80
-0,85
-0,90
-0,95 0 1 2 3 4 5 Implantação de arsênio - dose (x1015cm-2)
NiSi - 450°C 1 min.
As – sem pré-ativação
As – pré-ativado a 800°C
As – pré-ativado a 950°C
As – sem pré-ativação
As – pré-ativado a 950°C
NiSi - 450°C 10 min.
40
A dependência da tensão de faixa plana com o tempo de silicetação está ilustrada na
figura 18 (YUAN; WOO, 2005). Um recozimento de 5 minutos a 450°C é suficiente para a
completa silicetação para diferentes espessuras de óxido de porta.
Figura 18- Tensão de faixa plana com siliceto de níquel em função do tempo de silicetação para diferentes espessuras de óxido (Tox =10nm e 5nm).
2.3 Barreiras de difusão
A necessidade de uma barreira de difusão surge quando um material “A” é depositado
sobre um substrato “B” e esses dois materiais possuem propriedades de migração de um para
o outro. Esse processo é acelerado quando se tem um tratamento térmico como etapa
subseqüente. A idéia da barreira de difusão consiste em interpor um material “M” entre os
materiais “A” e “B”, separando-os do contato direto. Idealmente essa camada “M” deve reunir
as seguintes características: (NICOLET; BARTUR, 1981; REIS, 2001)
-0,42
-0,46
-0,50
-0,54
-0,58
-0,62 0 5 10 15 20 Tempo de recozimento a 450°C (min)
Ten
são
de f
aixa
pla
na (
V)
41
I- O transporte de “A” e “B” através de “M” deve ser o menor possível;
II- A camada de barreira “M” deve ser termodinamicamente estável com “A” e “B”
garantindo a presença de “A” e “B”, ou seja, o padrão de perda de “M” em “A” e de
“M” em “B” deve ser muito pequeno ou não existir;
III- A camada de barreira “M” deve aderir bem em “A” e em “B”, ter uma baixa
resistência de contato com “A” e com “B”, alta condutividade térmica e elétrica, ser
resistente à tensão térmica e mecânica, ser lateralmente uniforme em espessura e
ser compatível com processos de fabricação de dispositivos como corrosões e
fotogravações.
As barreiras de difusão podem ser classificadas como sendo barreiras “recheadas”,
barreiras passivas e barreiras sacrificiais.
A barreira “recheada” é utilizada para inibir o efeito das impurezas ao longo dos
caminhos rápidos de difusão (contornos de grão, defeitos estruturais) através da introdução
proposital de contaminantes de barreira (NICOLET; BARTUR, 1981).
A barreira passiva é obtida através de um filme ideal quimicamente inerte em relação
aos materiais “A” e “B” de modo que “A” e “B” possuam solubilidade mútua desprezível e
difusibilidade também desprezível. O requisito de ser quimicamente estável é alcançado
utilizando-se um material com energia de formação negativa e de valor elevado, de modo a
resultar numa energia livre positiva de reação com cada um dos materiais adjacentes. Nitretos,
boretos, carbetos de metais de transição e também óxidos possuem essas características
(FURLAN, 1990).
A barreira do tipo sacrificial é aquela que reage com os filmes adjacentes formando
um composto sendo ou não consumida completamente. Nesse caso, a temperatura e o tempo
de recozimento devem ser muito bem controlados de forma a evitar que a barreira seja
inteiramente consumida (NICOLET; BARTUR, 1981).
42
Os silicetos metálicos podem funcionar também como barreiras sacrificiais de difusão
entre o silício e o alumínio mas isto só é aplicado em contatos de junções relativamente
profundas (>0,5µm) (TING, 1984). Na utilização de junções rasas (<0,25µm) a reação do
alumínio com o siliceto pode alcançar a interface silício/siliceto e, posteriormente, perfurar a
junção. Por isso, deve ser incorporada uma barreira de difusão entre o alumínio e o siliceto
(REIS, 2001).
Furlan (1990) utilizou um filme de TiW depositado por “co-sputtering” como barreira
de difusão passiva na estrutura de contato Al/TiW/TiSi2/Si e obteve valores baixos de
resistividade de contato (≤ 0,03 µΩcm2) (FURLAN, 1990). Neste trabalho foi escolhido o
titânio (Ti) como barreira de difusão passiva entre o siliceto de níquel (NiSi) e o alumínio
(Al), pois este processo já era de domínio do grupo de trabalho além de proporcionar valores
baixos de resistividade de contato (≤ 8 µΩcm2) (SANTOS FILHO, 1988).
43
3 DISPOSITIVOS PARA ANÁLISE DE ESTRUTURAS DE CONTATO
A maior parte das medidas elétricas quantitativas em contatos rasos é realizada por
meio de estruturas e dispositivos. Em geral, aplica-se uma corrente e mede-se uma tensão, ou
vice-versa (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003).
3.1 Dispositivo para medidas de resistência de folha (Van der Pauw)
A resistência de folha (Rsh) é uma característica muito importante de um processo. Ela
depende da resistividade (intrínseca) do material( ρ ) e da espessura ou profundidade da
camada (X).
XRsh
ρ=
A maneira mais tradicional para se medir resistência de folha é por meio da estrutura
Van der Pauw, mostrada na figura 19 (FURLAN, 1990). Para isso, mede-se a resistência do
quadrado no centro da estrutura, aplicando-se uma corrente entre os terminais adjacentes I12
(por exemplo, nos terminais 1 e 2) medindo-se a tensão nos outros dois terminais V43 (por
exemplo, nos terminais 4 e 3). Dessa forma pode-se calcular Rsh1: (MARTINO;
PAVANELLO; VERDONCK, 2003)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
12
431
2ln I
VRsh
π
(3.1)
(3.2)
44
Para melhorar a precisão e minimizar a influência de não uniformidades, faz-se uma
rotação de 90° nos terminais a serem utilizados para a medição. Nesse caso, aplica-se uma
corrente do terminal 2 para o terminal 3 (I23) e mede-se a tensão entre os terminais 1 e 4 (V14).
Dessa forma, Rsh2 pode ser calculado por: (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
23
142
2ln I
VRsh
π
Após efetuar as duas medições e os cálculos de Rsh1 e Rsh2, obtém-se o valor final da
resistência de folha Rsh por:
Rsh = 0,5 . (Rsh1 + Rsh2).F
(A) (B)
Figura 19- Dispositivos utilizados para determinação da resistência de folha. (A) resistência de folha das regiões implantadas e difundidas. (B) resistência de folha das regiões silicetadas.
Onde “F” é conhecida como a função de Van der Pauw e está apresentada na figura
20. Esta figura mostra que o valor de “F” muito próximo de 1 ocorre quando existe pouca
diferença entre Rsh1 e Rsh2 (inferior a 5%) (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK,
2003).
Região ativa (implantada)
Alumínio
Abertura de contatos
1
3
2
4
(3.4)
(3.3)
1
3
2
4
45
0,95
0,96
0,97
0,98
0,99
1,00
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
Figura 20- Função Van der Pauw.
Os braços onde se mede a tensão não passa corrente elétrica (ou apenas pode passar
uma corrente desprezível); portanto, não existem resistências parasitárias no processo de
medida. É muito importante que as “linhas de corrente” entrem no quadrado a ser medido
paralelamente (ou perpendicular à borda do quadrado) para que as equações citadas sejam
válidas. Portanto, o comprimento dos braços (entre os terminais e o quadrado) deve ser
bastante grande, tipicamente 100µm. A largura dos braços deve ser bem menor que esse
comprimento, sendo tipicamente 5 a 10µm. A dimensão do quadrado central em si não é
muito importante, sendo tipicamente de 20 a 50µm de lado (MARTINO; PAVANELLO;
VERDONCK, 2003).
Existem trabalhos em que o fator “F” (função de Van der Pauw) não é utilizado no
cálculo da resistência de folha. Porém, os valores da tensão V e da corrente I são obtidos após
a realização de quatro medições: (FURLAN, 1990)
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
I
VRsh
2ln
π
onde:
424
13
12
34
13
24
34
12⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +++=
I
V
I
V
I
V
I
V
I
V
(3.5)
(3.6)
Rsh1 / Rsh2
Fun
ção
Van
der
Pau
w
46
3.2 Dispositivo para medidas de resistência de contato (Kelvin)
A estrutura Kelvin tipo cruz (Cross-bridge Kelvin resistor – CBKR) para medição de
resistência de contato está ilustrada na figura 21. Uma corrente constante é aplicada do
terminal 3 para o terminal 2 (I32) e mede-se a tensão através do contato entre os terminais 4 e
1 (V41). Como a medida da tensão na parte do semicondutor ocorre num plano perpendicular à
direção da corrente, a influência da aglomeração de corrente (efeito de concentração de linhas
de corrente - current crowding) na medida fica parcialmente evitada (MARTINO;
PAVANELLO; VERDONCK, 2003). Numa análise aproximada (modelo puntual), a
resistência de contato é dada por:
SI
VRc Cρ
==32
41
Onde “S” é a área do contato. E a resistividade de contato ( Cρ ) pode ser calculada por:
(SANTANDER et al., 2000)
SRcC ⋅=ρ
Figura 21- Estrutura Cruz ou Kelvin para obtenção da resistência de contato.
(3.7)
(3.8)
Metal
Região dopada (difusão)
Janela do contato (área S)
1
4
2 3
47
Na realidade, RC depende não apenas de ρC e da área do contato, mas também da
geometria do contato e da resistência de folha do semicondutor. De fato, a equação 3.8 não
funciona bem se o fenômeno de concentração de linhas de corrente for significativo,
conforme será analisado no Capítulo 4 – Modelagem do Contato.
A estrutura “Cross-bridge Kelvin resistor” apresenta erros inevitáveis de medições
(SCORZONI; FINETTI, 1994; ONO et al., 2002). Esses erros são induzidos devido ao
desalinhamento das margens da camada ativa do silício em relação à janela do contato. A
figura 22 permite ver a dependência do produto resistência de contato pela área do contato em
função da largura da borda (ONO et al., 2002).
Uma forma de minimizar essa interferência é diminuir a largura da borda comparada
ao tamanho da janela do contato (FURLAN, 1990; ONO et al., 2002). É possível criar até três
diferentes tipos de estruturas Kelvin, conforme mostrado na figura 23: (SANTANDER et al.,
1993)
Figura 22- Dependência da resistência de contato vezes a área de contato em função da largura da borda.
0 2 4 6 8 10 Largura da borda δ (µm)
100
10
Res
istê
ncia
x Á
rea
de c
onta
to (
x 10
-7 Ωc
m2 )
Met
al Área
do contato
δ
δ
Área ativa
48
Figura 23- Três tipos de estruturas Kelvin: L-Resistor, D-Resistor e o ideal (δ=0).
Existem outros dispositivos para medidas de resistência de contato, tais como:
“Transmission Line Tap Resistor-(TLTR)”, “Circular Transmission Line Resistor-(CTLR)”,
e “Contact End Resistor – (CER)”. Contudo, em alguns trabalhos, é clara a preferência pela
estrutura “Cross-bridge Kelvin resistor – CBKR”. Por exemplo, pode-se citar a conclusão de
Furlan (1990, p.5.54): “Quanto aos métodos de obtenção da resistividade de contato,
constatamos a imprecisão da utilização dos dispositivos associados ao modelo da linha de
transmissão. Fica, portanto, confirmada a superioridade do dispositivo Kelvin de quatro
terminais”.
3.3 Diodo
Inicialmente, é necessária uma descrição básica do dispositivo para se entender quais
são os parâmetros mais importantes que caracterizam um diodo e quais métodos de medida
são mais adequados para obter esses parâmetros.
Um diodo semicondutor é uma estrutura na qual uma região de silício (ou germânio)
semicondutor tipo P (dopado com Boro, Alumínio, Gálio ou Índio) está em contato com uma
região de silício (ou germânio) semicondutor tipo N (dopado com Arsênio, Fósforo ou
L-Resistor D-Resistor
Ideal δ=0
Contato Difusão Metal
49
Antimônio) formando uma junção retificadora PN. Na prática, as regiões tipo P e tipo N são
partes de um mesmo cristal semicondutor; isto é, a junção retificadora PN é formada dentro
de um único cristal semicondutor pela obtenção de regiões com “dopagens” diferentes. Deve-
se observar que é possível criar junções retificadoras com materiais diferentes incluindo
Ge-AsGa e Si-Metal (heterojunções) (STREETMAN, 1995).
Devido às diferenças de concentração e de tipos de dopantes em ambos os lados da
junção PN, forma-se uma camada de depleção no entorno da junção metalúrgica que irá servir
de barreira de potencial para anular as componentes de corrente de difusão de elétrons e
lacunas (SEDRA; SMITH, 2000; STREETMAN, 1995).
A barreira de potencial da junção PN também é conhecida como potencial de contato.
A largura da região de depleção é modificada com a aplicação de uma tensão externa (VD). A
aplicação de VD positivo (tensão do lado P maior que do lado N) diminui a largura da região
de depleção porque o campo elétrico externo se contrapõe ao campo elétrico interno e a
corrente de difusão (majoritários) suplantará a corrente de deriva (minoritários). Nessa
situação, diz-se que o diodo está polarizado diretamente (SEDRA; SMITH, 2000;
STREETMAN, 1995).
Aplicando-se uma tensão VD negativa, a largura da região de depleção aumenta e a
corrente de deriva fica maior que a corrente de difusão. Nessa situação, o diodo está
polarizado inversamente, e a baixa corrente resultante é composta por portadores minoritários
(STREETMAN, 1995). A corrente reversa do diodo é a soma da corrente de geração do
substrato mais uma componente adicional de corrente que está associada à geração na camada
de depleção mais a injeção lateral (LIOU, 1994; MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK,
2003). A geração térmica é o processo de criação de pares elétron/lacuna em um cristal pela
quebra de ligações covalentes devido à agitação térmica da rede cristalina enquanto a
recombinação é o processo de associação de um elétron a uma lacuna, com a reconstituição de
50
uma ligação covalente após a perda de energia de elétrons de condução. No equilíbrio
térmico, a temperatura é constante e uniforme e a corrente elétrica resultante é nula. A
corrente elétrica, para tensão externa nula também é nula porque as correntes de difusão e de
deriva se cancelam (STREETMAN, 1995).
3.3.1 Corrente elétrica no diodo inversamente polarizado
A corrente reversa de um diodo deve ser a mínima possível, principalmente em
circuitos como memórias dinâmicas (DRAM) e dispositivos acoplados por carga (CCD)
(MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003). A literatura reporta que a densidade de
corrente reversa é da ordem de 10nA/cm2 para diodo com implantação de fósforo a 25KeV e
formação de siliceto de níquel (NiSi) a 600°C em forno de processamento térmico rápido
(JUANG et al., 1998). Valores de 30nA/cm2 foram obtidos utilizando-se implantação de
fósforo na energia de 75KeV (JUANG et al., 1998).
Uma componente apreciável da corrente reversa ocorre ao longo do perímetro na
junção junto à interface com o óxido (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003). Em
geral, é interessante fazer um mapeamento da corrente reversa tanto nos diodos quadrados
quanto nos serpentinas visando obter as correntes de fuga geradas por unidade de perímetro e
por unidade de área.
Além da corrente reversa, a resistência reversa (RREV) é outra característica importante
e deve ser determinada em um diodo real, pois modela a variação da corrente reversa em
função da tensão reversa aplicada até um pouco antes da tensão de ruptura do diodo. A figura
24 mostra o comportamento elétrico do diodo inversamente polarizado onde a inclinação da
curva para determinação da resistência reversa é tomada imediatamente antes do “joelho” que
51
precede o processo de ruptura. A resistência reversa é obtida através da tangente ou inclinação
da curva característica do diodo conforme equação 3.9 (FONTAINE, 1963).
REVD
D
RV
I
BA
BC
AB
CB 1
'''
''tan =
∆∆
===α
Figura 24- Comportamento elétrico do diodo inversamente polarizado.
3.3.2 Diodos com diferentes áreas e perímetros
Para se determinar os valores de capacitância horizontal e vertical, utilizam-se dois
tipos de diodos inversamente polarizados: um diodo quadrado, conforme figura 25 e um diodo
grelha ou serpentina, conforme figura 26.
Figura 25- Diodo com geometria quadrada.
Figura 26- Diodo com formato de serpentina.
(3.9)
A B
C
B’
C’
A’B’’Tensão reversa (-VD)
Cor
rent
e re
vers
a (-
I D)
α
52
A capacitância total é dada pelo produto da área (S) pela capacitância vertical por
unidade de área (CS) mais o perímetro vezes a capacitância horizontal por unidade de
comprimento (CP).
Medindo-se a capacitância das duas estruturas (C1 e C2) com a mesma área (S) e
diferentes perímetros (P1 e P2), tem-se: (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003)
C1 = S.CS + P1.CP
C2 = S.CS + P2.CP
Resolvendo o sistema de equações, resulta:
12
12
PP
CCCP −
−=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅
−−
=SPP
CPCPCS
1..
12
2112
As mesmas estruturas indicadas nas figuras 25 e 26 permitem determinar a corrente
reversa de fuga (IF) de um diodo. A partir da corrente de fuga total, pode-se determinar a
corrente de fuga por unidade de área (IFS) e a corrente de fuga por unidade de perímetro (IFP).
Medindo-se a corrente reversa de fuga das duas estruturas (IF1 e IF2) com a mesma área
(S) e diferentes perímetros (P1 e P2), pode-se escrever: (MARTINO; PAVANELLO;
VERDONCK, 2003)
IF1 = S.IFS + P1.IFP
IF2 = S.IFS + P2.IFP
(3.10)
(3.11)
(3.12)
(3.13)
(3.14)
(3.15)
53
Resolvendo o sistema de equações, resulta:
12
12
PP
III FF
FP −−
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅
−
−=
SPP
IPIPI
FF
FS
1..
12
2112
3.3.3 Corrente elétrica no diodo diretamente polarizado
Na polarização direta do diodo, a corrente direta (ID) em função da tensão direta (VD)
(SEDRA; SMITH, 2000) é dada por:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−⋅= ⋅⋅
⋅
10Tk
Vq
D
D
eII η
Onde: “I0” é a corrente de saturação (geralmente varia de 10-8A a 10-15A). Esse valor é
em função das constantes de difusão das lacunas e dos elétrons, comprimentos de difusão das
lacunas e dos elétrons, níveis de dopagem das lacunas e dos elétrons e a área da junção
(MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003; SEDRA; SMITH, 2000); “q” é o valor da
carga do elétron (1,60 x 10-19 C); “η” é o fator de idealidade (aproximadamente 1 ou 2); “k” é
a constante de Boltzmann (1,38 x 10-23 Joules/Kelvin) e “T” é a temperatura absoluta em
Kelvin (273+temperatura °C).
O fator de idealidade (η) leva em consideração os efeitos de geração e recombinação
na região de depleção (STREETMAN, 1995). Após a medição, para melhor interpretação, os
resultados podem ser apresentados em gráfico ln(ID) em função de VD. A figura 27 mostra um
(3.16)
(3.17)
(3.18)
54
exemplo experimental do gráfico ln(ID) x VD (WU et al., 1993) onde a inclinação de
60mV/década representa o fator de idealidade (η) igual a 1 (SEDRA; SMITH, 2000).
Figura 27- Gráfico ln(ID) x VD para um diodo real.
Através da equação 3.19, é possível obter o fator de idealidade na região de operação
direta do diodo (KARATAS; ALTINDAL, 2005).
Id
dV
Tk
q
Tk
q
Tg ln..
1 ⋅=⋅=β
η
Onde: k.T/q é igual a 25,9mV na temperatura ambiente (20°C) (STREETMAN,
1995).
O fator de idealidade próximo de 1 indica a predominância da corrente de difusão na
operação direta do diodo em regime de baixa injeção (comportamento ideal do diodo). O fator
de idealidade próximo de 2 indica a predominância da corrente de recombinação na junção
(indicando material de baixa qualidade) (BURGER; REIF, 1985).
(3.19)
10-2
10-4
10-6
10-8
10-10
10-12
10-14
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Tensão direta (V)
Cor
rent
e di
reta
(A
)
β
55
3.3.4 Resistência série do diodo
A figura 28 ilustra o modelo de um diodo real em baixas freqüências, diretamente
polarizado. Existe uma resistência série (rs) e uma junção ideal, ambas indicadas na figura 28.
Figura 28- Modelo de um diodo real em baixa freqüência, diretamente polarizado.
Vj é a tensão aplicada na junção do diodo ideal, I é a corrente direta através do diodo
real e V é a queda de tensão direta do diodo real.
A literatura apresenta diversos trabalhos sobre as técnicas de medida desta resistência
série. Em geral, procura-se medir a resistência diferencial total (rt) do diodo para altas
correntes e considera-se esse valor como a resistência série. Na prática não se pode, mesmo
utilizando pulsos, aumentar indefinidamente a tensão aplicada, pois a corrente cresce
exponencialmente e pode danificar a junção. Um processo interessante e prático para a
obtenção da resistência série, baseia-se no fato de que para altas tensões, a corrente (I)
obedece a uma lei do tipo proporcional a exp(bVJ). Dessa forma, ao calcular a condutância
diferencial da junção (gj), obtém-se: (ANDRADE, 1966)
bIdV
dIg
jj ==
(3.20)
V = Vj + rs.I
rs
Vj
56
A resistência total do diodo (rt) é dada por:
sjt rrr +=
onde
jj g
r1=
Daí, conclui-se facilmente que a resistência total fica sendo:
st rbI
r += 1
A construção de um gráfico linear da resistência diferencial total em função do
inverso da corrente elétrica aplicada corresponde a uma curva, cuja intersecção com o eixo
das ordenadas fornece o valor da resistência série procurada. Esse método, apesar de simples,
é o único que fornece na prática uma maneira expedita de obtenção do valor da resistência
série. Quanto maior for a corrente utilizada para a obtenção da resistência diferencial total,
mais preciso será o valor da resistência série encontrado. A figura 29 apresenta um gráfico
típico para diodos de Arseneto de Gálio (ANDRADE, 1966).
A curva da resistência diferencial total também depende da temperatura empregada,
pois a tangente a curva é função da temperatura (veja figura 29):
q
Tk
bTg
..1 ηθ ==
Com isso, em temperaturas muito baixas, a curva que representa a resistência
diferencial total torna-se quase horizontal, mudando bastante o aspecto da mesma em relação
(3.21)
(3.22)
(3.23)
(3.24)
57
à temperatura ambiente. O valor da resistência série, contudo, pode ser obtido em qualquer
temperatura de trabalho (ANDRADE, 1966).
O valor da resistência série deve ser considerado tanto para o diodo diretamente como
inversamente polarizado. Contudo, o valor da resistência série é muito menor comparado à
resistência reversa do diodo ( ≥ MΩ ) o que acaba tornando-o desprezível para o diodo
inversamente polarizado.
Figura 29- Determinação da resistência série (rs) a partir do cruzamento da curva (rt x 1/I) com o eixo das ordenadas.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 (Amperes)-1
Res
istê
ncia
dif
eren
cial
tota
l (Ω
)
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
θ
58
4 MODELAGEM DO CONTATO
A fabricação de contatos ôhmicos confiáveis de baixa resistência e métodos precisos
para a determinação da resistividade de contato (ρc) são importantes para os atuais processos
de fabricação de circuitos integrados já que a resistência de contato pode influenciar o
comportamento global de um transistor MOS ou de um transistor bipolar (ITRS, 2005;
WOLF, 1990).
Além da resistência intrínseca inerente a cada material, quando se realiza o contato
entre dois materiais, por exemplo, entre metal e semicondutor, tem-se o aparecimento de uma
resistência adicional, em virtude do contato dos mesmos, a chamada resistência de contato
(Rc). Essa resistência aparece por dois motivos: (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK,
2003)
a) Em uma camada rasa do semicondutor abaixo do metal, a densidade das cargas é
diferente da que existe no corpo devido a diferenças nas funções trabalho entre os dois
materiais ou devido a estados de superfície no semicondutor;
b) Pode haver também uma camada de material (resistivo) entre o metal e o
semicondutor que pode impedir um bom contato.
A simples determinação da resistência de contato RC, de forma isolada não é suficiente
para avaliar a qualidade do contato porque RC é fortemente dependente das características
geométricas da estrutura de contato específica que está sendo analisada. Dessa forma, a
resistividade de contato (ρc) é o parâmetro usual para se analisar a qualidade de um contato
(SCORZONI; FINETTI, 1994).
A resistividade de contato ρc é considerada uma importante figura de mérito para
avaliar a qualidade de um contato ôhmico. De fato, ρc é um dos parâmetros básicos pelos
quais diferentes sistemas de metalização, procedimentos de preparação do metal e silicetação
59
são tipicamente examinados, comparados e selecionados. Além disso, ρc pode dar
informações sobre o nível de dopagem da superfície no semicondutor; portanto, permite a
compreensão do mecanismo de formação de contato ou pode ser monitorado para testar a
estabilidade e a confiabilidade dos mesmos (SANTANDER et al., 2000; SCORZONI;
FINETTI, 1994).
Por outro lado, nano-linhas semicondutoras estão cada vez mais recebendo atenção na
construção de circuitos e componentes em escala nanométrica, por exemplo, em sensores
biológicos e químicos, transistores de efeito de campo e circuitos lógicos (MOHNEY et al.,
2005). Com a inexorável miniaturização dos componentes eletrônicos para a nano-escala, o
conceito físico dos atuais componentes pode ser radicalmente modificado devido à natureza
não escalável dos parâmetros dos materiais nessa faixa de dimensão (nm) (LANDMAN et al.,
2000). Contudo, recentes estratégias têm sido desenvolvidas para fabricação de componentes
e contatos com nano-partículas metálicas, semicondutoras e isolantes. Pode-se citar, por
exemplo, uma estratégia alternativa, na construção de contatos para a integração de nano-
partículas de componentes eletrônicos, fazendo primeiro os “pads1” dos contatos por meio de
processo litográfico e subseqüente posicionamento da nano-partícula sobre estes mesmos
“pads”. Nesse caso a resistência de contato entre a partícula e o “pad” é muito alta. Essa alta
resistência elétrica pode ser devido à nano-partícula estar fracamente aglutinada ao “pad” (YE
et al., 2006).
1 “Pads” são contatos, geralmente de alumínio, de grande área sobre a lâmina que possibilitam o toque com as pontas finas do instrumento de medição a partir de visualização com microscópio óptico. Os “pads”, por sua vez, estão conectados com os terminais das estruturas que se deseja medir.
60
4.1 Modelo físico da interface do contato
O contato entre um metal e um semicondutor pode formar uma barreira Schottky ou
um contato ôhmico. Isso depende principalmente da função trabalho do metal “ФM” e do
semicondutor “ФS”. Se ФM < ФS (Si tipo N) ou ainda ФM > ФS (Si tipo P) o contato será
ôhmico. Um método prático de se formar contatos ôhmicos é pela alta dopagem na região do
contato; desse modo, se existir uma barreira na interface, a largura de depleção será pequena o
suficiente para permitir o tunelamento dos portadores de carga através da barreira. Geralmente
Al faz bom contato ôhmico com silício tipo P, porém com material tipo N requer difusão ou
implantação antes da metalização do Al (STREETMAN, 1995).
No caso de contatos entre metal e silício, as propriedades de condução são
determinadas essencialmente pela largura da região de depleção formada na interface, as quais
originam-se de dois mecanismos fundamentais: (SCORZONI; FINETTI, 1994)
Emissão termiônica (TE): ocorre no caso de uma região de depleção tão larga que a
única maneira de os elétrons passarem (pularem) pela barreira de potencial é pela emissão por
cima de seu ponto máximo, conforme ilustrada na figura 30.
Emissão por campo (FE): consiste no tunelamento dos portadores de carga através da
barreira de potencial. Esse mecanismo, que é o modo de transporte usual em contatos
ôhmicos, ocorre quando a camada de depleção é suficientemente estreita em razão de uma alta
concentração de dopantes no semicondutor, conforme ilustrada na figura 31.
Figura 30- Mecanismo de condução através de emissão termiônica.
φB
TE
61
Figura 31- Mecanismo de condução através de emissão por campo.
Figura 32- Mecanismo de condução através de emissão por campo-termiônico.
A magnitude relativa dos dois mecanismos fundamentais de transporte, que dependem
da altura da barreira de potencial, temperatura, dopagem, massa efetiva dos portadores de
carga e constante dielétrica; determina as propriedades retificadoras ou ôhmicas de um
contato. Um parâmetro muito utilizado para esse propósito é a relação de emissão:
(SCORZONI; FINETTI, 1994)
∞⋅
E
Tk
Onde a energia ∞E refere-se à probabilidade de tunelamento, sendo definida como:
(SCORZONI; FINETTI, 1994)
21
*.
2⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛⋅
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅=∞ εm
NqE DOPh
(4.1)
(4.2)
φB
TFE
φB
FE
62
onde “q” é a carga elétrica, “ h ” é a constante de Planck , “NDOP” é a concentração de
dopante, “m*” é a massa efetiva dos portadores no tunelamento, “ε” é a constante dielétrica
do semicondutor, “k” é a constante de Boltzmann e “T” é a temperatura absoluta em Kelvin.
O valor da relação de emissão é uma indicação da predominância de um mecanismo
com respeito ao outro (SCORZONI; FINETTI, 1994). As equações 4.3, 4.4 e 4.5 representam
a predominância de cada mecanismo descrito anteriormente em função da relação de emissão.
TEE
Tk⇒⟩⟩
∞⋅
1
FEE
Tk⇒⟨⟨
∞⋅
1
TFEE
Tk⇒≈
∞⋅
1
Para relação de emissão muito maior que um, por exemplo, a emissão termiônica é a
contribuição dominante e o contato comporta-se como uma barreira Schottky. Para relação de
emissão muito menor que um, em níveis de dopagem muito alta ou baixas temperaturas,
prevalece a emissão por campo e o contato é ôhmico. Quando a relação de emissão possuir
um valor próximo da unidade, um modo intermediário de transporte ocorre, que será chamado
de emissão campo-termiônico (TFE). Nesse caso, a corrente que flui é constituída
principalmente por portadores com alguma energia térmica, ocorrendo o tunelamento na
seção mediana da barreira, conforme figura 32 (SCORZONI; FINETTI, 1994).
As propriedades ôhmicas dos contatos podem ser correlacionadas com a resistividade
de contato definida como: (SANTANDER et al., 2000)
(4.3)
(4.4)
(4.5)
63
ρc = 1
0
−
=⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
∂∂
VV
J
Onde “J” é a densidade de corrente local que flui através do contato, e “V” é a queda
de potencial local através da interface.
Conhecidas as equações básicas de transporte, as expressões teóricas para ρc foram
derivadas para diferentes regimes de corrente. As equações 4.7, 4.8 e 4.9 mostram a
dependência da resistividade de contato com a temperatura, altura da barreira e probabilidade
de tunelamento para os diversos mecanismos possíveis de condução (SCORZONI; FINETTI,
1994).
ρc ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⋅⋅
∝Tk
q Bφexp (TE)
ρc
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛
⋅⋅
⋅∝
∞∞ Tk
EE
q B
cothexp
φ (TFE)
ρc ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ⋅∝
∞E
q Bφexp (FE)
Omitindo a influência da temperatura e massa efetiva no tunelamento, há basicamente
duas formas de se obter contatos ôhmicos. Do ponto de vista tecnológico, a aproximação mais
usada consiste no aumento da concentração de dopante no semicondutor. Conseqüentemente a
probabilidade de tunelamento através da barreira de potencial será maior.
Uma segunda alternativa consiste em aplicar no contato direto com o semicondutor um
metal com baixa altura de barreira. Contudo, deve ser observado que, pelo aumento do nível
(4.6)
(4.7)
(4.8)
(4.9)
64
da dopagem, diferenças na altura da barreira tornam-se menos importantes (SCORZONI;
FINETTI, 1994).
4.2 Corrente vertical e horizontal no contato
A figura 33 ilustra dois filmes metálicos em contato com lados opostos de uma barra
semicondutora homogênea. A tensão aplicada entre os terminais 1 e 2 (V12) força a passagem
de uma corrente elétrica (I) uniformemente distribuída através da interface do filme metálico e
o semicondutor. Dessa forma, a resistividade de contato, para um modelo puntual, poderia ser
dada como:
SRCC ⋅=ρ
com
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅−⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛⋅=
S
L
I
VR si
SiC ρ12
21
Figura 33- Diagrama de contato tipo vertical.
1
2
LC LC
Filme metálico no contato
Semicondutor
Lado do contato
Comprimento do Semicondutor
Resistividade do Semicondutor (Si)
Área do contato (LC x LC)
LC =
Lsi =
Siρ =
Lsi
S =
(4.11)
(4.10)
65
Porém, esse não é um procedimento prático para se analisar contatos de baixa
resistência já que a contribuição da resistividade de contato desejada poderia ser apenas uma
pequena fração da medição da resistência total o que implicaria em baixa precisão no
processo de medição. Além disso, esta estrutura não é compatível com a tecnologia de
circuito integrado.
A figura 34 ilustra um segundo tipo de contato que possui grande importância na
tecnologia planar de semicondutores. A estrutura pode ser dividida em: (a) filme metálico; (b)
camada de semicondutor fora da área do contato, cuja resistência de folha será chamada de
Rsh; (c) camada de semicondutor embaixo da área do contato, cuja resistência de folha será
chamada de Rsk; (d) camada de interface ôhmica (SCORZONI; FINETTI, 1994).
Figura 34- Diagrama de contato tipo horizontal.
A distinção entre a camada do semicondutor fora do contato com aquela que fica
embaixo do contato é freqüentemente necessária para uma determinação precisa da
resistividade de contato, pois as reações metalúrgicas que ocorrem no processo de preparação
do contato podem provocar modificações apreciáveis no valor da resistência de folha embaixo
do contato (SCORZONI; FINETTI, 1988, 1994). Com o microscópio de força eletrostática
(Electrostatic Force Microscopy – EFM), que é uma técnica surgida a partir do microscópio
(b) (c)
(d)
(a)
66
de força atômica (Atomic Force Microscopy – AFM), é possível obter um mapa do potencial
da superfície com uma precisão de ±4% e uma determinação precisa da resistência de folha
embaixo do contato ou fora do contato de ±3% (BRESSE; BLAYAC, 2001).
Todos os modelos que descrevem o contato tipo horizontal são baseados em duas
suposições fundamentais:
a) A região de interface é uniforme, de modo que os modelos matemáticos não podem
ser aplicados quando existirem deformações na interface do contato.
b) A camada do semicondutor abaixo do contato, bem como o filme metálico tem
espessura nula. Em particular, a profundidade da junção também é considerada como
sendo nula.
Segundo essas hipóteses e baseado na figura 34, a corrente que flui é horizontal na
camada do semicondutor e na camada metálica, sendo vertical na interface entre ambos. Isso é
o que ocorre em contatos do tipo horizontal. A corrente que flui propicia uma concentração de
linhas de corrente ao redor do contato. Como conseqüência, a caracterização da resistividade
de contato não pode ser deduzida pela equação 4.10, devido à não uniformidade da
distribuição de corrente através do contato (SCORZONI; FINETTI, 1994).
Do ponto de vista prático, a caracterização de um contato horizontal é realizada em
duas etapas. A primeira etapa consiste na medição da resistência de contato associada a uma
determinada interface de contato. Podem ser utilizadas, para esse propósito, estruturas padrões
como: “Transmission Line Tap Resistor-(TLTR)” ou “Circular Transmission Line Resistor-
(CTLR)” ou “Cross-Bridge Kelvin Resistor - (CBKR)” ou “Contact end Resistor – (CER)”. A
resistência de contato para cada estrutura é dada simplesmente pela divisão da queda de
tensão sobre o contato pela corrente que passa pelo mesmo. O segundo passo é a extração
precisa da resistividade de contato baseado na resistência de contato. Isso só é possível a
67
partir de modelos desenvolvidos que permitam um prognóstico preciso do comportamento
elétrico na estrutura de teste utilizada durante as medições (SCORZONI; FINETTI, 1994).
4.3 Concentração de linhas de corrente no contato
As equações que utilizam o modelo puntual para determinação da resistividade de
contato não funcionam bem se o fenômeno de concentração de linhas de corrente (current
crowding) for significativo. Esse fenômeno está representado na figura 35. Como a resistência
específica do metal é sempre muito menor que a do semicondutor, a corrente não é
uniformemente distribuída abaixo do contato. A maior parte da corrente percorre a menor
distância possível dentro do semicondutor e logo passa para o metal. Para descrever esse
fenômeno de aglomeração, define-se o comprimento de transferência Lt como a distância do
início do contato para qual a densidade da corrente é um fator “e” (=2,78...) menor. O valor de
Lt pode ser calculado por: (CHIEH; PERERA; KRUSIUS, 1992; MARTINO; PAVANELLO;
VERDONCK, 2003)
RshL C
t
ρ=
A resistência resultante do contato entre o metal e o semicondutor também é função da
largura (LC) e do comprimento (CC) do contato. Numa análise unidimensional e desprezando
a espessura da camada metálica do contato, Rc é dada pela equação 4.13: (CHIEH; PERERA;
KRUSIUS, 1992)
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅
⋅=
tt
CC L
CC
LLCR coth
ρ
(4.12)
(4.13)
68
A implicação física do fenômeno de concentração de linhas de corrente é que se a
dimensão do contato é maior que Lt, a maior parte da corrente elétrica passa apenas por uma
parte do contato, perto do seu início, enquanto no resto do contato passa uma quantidade
desprezível.
A conseqüência disso é que as equações 3.7 e 3.8 fornecem apenas estimativas. O
valor de RC calculado será maior que o valor real para contatos menores e menor para
contatos maiores, se forem usadas as equações 3.7 e 3.8 (MARTINO; PAVANELLO;
VERDONCK, 2003). Como conseqüência, devem ser feitas medidas com diferentes tamanhos
de contatos para obter valores reais de resistência de contato ou usar um modelo mais
refinado, conforme será proposto no programa desenvolvido em MATLAB que será
apresentado a seguir.
Figura 35- Fenômeno de concentração de corrente na transição da região de difusão para o metal.
CORRENTE
Metal
Óxido
Difusão
Resistência do alumínio
Resistência do contato
Resistência da difusão
69
4.4 Efeito da metalização no contato
Um método de classificação dos valores experimentais de resistividade de contato é
através do tipo de metalização. Reações dos metais com semicondutores são, em muitos
casos, não apenas inevitáveis, mas até mesmo desejáveis desde que elas levem à melhora da
estabilidade térmica e da performance elétrica. Exemplos disso são os silicetos de metais de
transição. Esses filmes apresentam baixas resistividades e métodos reprodutíveis de sistemas
de metalização sobre silício altamente dopado. As propriedades elétricas de diversas
interfaces com silicetos e silício têm sido apresentadas na literatura por diferentes autores,
relatando valores de resistividade de contato tipicamente na faixa de 10-8 a 10-5 Ωcm2
(FINETTI et al., 1985; SCORZONI; FINETTI, 1994).
De forma geral, a resistividade de contato depende, entre outros fatores, das
características do siliceto sobre a região de teste (tal como a altura da barreira φB ou a
capacidade de “snowplow” do dopante, sendo que “snowplow” é o efeito de empurramento
dos dopantes para dentro do substrato, causando um aumento da concentração de dopantes em
uma determinada profundidade a partir da superfície do silício) e o método de preparação do
contato (limpeza da superfície do silício para a deposição do metal e as condições de
recozimento). Óxido residual ou contaminantes entre o metal e o substrato podem induzir
valores de ρc consideravelmente mais altos. Além disso, a escolha do método para medir ρc
pode resultar em diferenças apreciáveis nos resultados. Por exemplo, o CBKR e o CER
permitem a extração da resistividade de contato por meio de uma simples medição elétrica, ao
contrário, o TLTR e o CTLR permitem a obtenção de ρc através de diversas medições
elétricas sobre contatos que estão sendo adotados como idênticos, tanto em geometria quanto
em características físicas (FURLAN, 1990; SCORZONI; FINETTI, 1994).
70
As equações 1-D (unidimensional) utilizadas normalmente para relacionar a medição
de resistência de contato com a resistividade de contato (ρc) em diferentes estruturas de testes
são deduzidas a partir de uma rede de resistores distribuídos. A suposição fundamental na
simulação dos modelos das estruturas CBKR, CER, TLTR e CTLR é que a largura da região
difundida é igual à largura do contato. Porém, diversos problemas surgem na extração de ρc
ao utilizar essa suposição, em função da presença, nas estruturas atuais, da área parasitária ao
redor do contato e devido à tolerância do alinhamento entre a região de difusão e a largura da
borda do contato requerida no processo de litografia. Por causa da conseqüência dos efeitos na
distribuição de linhas de corrente ao redor do contato, as estruturas CER e CBKR apresentam
desvios apreciáveis, ao passo que os desvios nas estruturas TLTR são menos severos e
poderiam ser completamente evitados ao utilizar o CTLR (SCORZONI; FINETTI, 1994).
4.5 Efeito do siliceto sobre a corrente no contato
O efeito da presença do siliceto nas paredes laterais na entrada do contato tem sido
examinado qualitativamente, pois são introduzidas simultaneamente correntes vertical e
horizontal, dependendo da espessura do silício consumido durante a formação do siliceto,
conforme ilustrado na figura 36. É mostrado que os erros na determinação da resistividade de
contato são apreciáveis somente para altos valores de resistência de folha na área do contato.
Por exemplo, no caso de ρc = 10-7Ωcm2, o erro é desprezível para Rsk = 5Ω/, ao passo que
erros acima de 40% são esperados para Rsk = 100Ω/ (SCORZONI; FINETTI, 1994).
71
Figura 36- Ilustração da mistura de corrente horizontal e vertical causada pela presença de siliceto nas paredes laterais no contato.
4.6 Formação de “Spikes” no contato
Os “spikes” são picos ou pontas de materiais geralmente metálicos (Al) que
atravessam a região do contato e penetram na junção. Esses “spikes” provocam mudança do
comportamento do contato, podendo até provocar um curto-circuito na junção.
É importante observar que a uniformidade do contato é uma suposição fundamental
para as estruturas de testes e seus modelos de análise. Como conseqüência, os dados de
resistividade de contato extraídos de uma metalização pura de Al sobre Si (o que geralmente
provoca vários “spikes”), são baseados em uma situação hipotética de ausência de formação
de sulcos na interface do contato. A formação de sulcos na interface modifica a resistência
medida. Por causa desse efeito, a área efetiva do contato aumenta, mas, acima de tudo, a
condição de superfície plana é desfeita, provocando a modificação da distribuição da corrente
dentro da região de contato devido a uma mistura de corrente horizontal e vertical. Esse efeito
tem sido negligenciado por todos os procedimentos de simulação com base na hipótese de
estruturas de contato como horizontal. Dessa forma, os valores de resistividade de contato
obtidos para essa metalização devem ser considerados como estimativas semi-quantitativas,
pois a resistividade de contato pode ser fortemente afetada pela morfologia da interface
analisada (SCORZONI; FINETTI, 1994).
A adição de platina promove uma significante melhora na integridade das junções
rasas silicetadas, pois ajuda a evitar a formação de “spikes” nos silicetos (DONGZHI, 2001).
SILICETO
SiO2
n+
P
I
72
4.7 Efeito da concentração de corrente sobre a temperatura do contato
Nos circuitos integrados VLSI e ULSI, os contatos e interconexões estão apresentando
aumentos de densidade de corrente, em função das dimensões sub-micrométricas. Como as
falhas nas interconexões são fortemente dependentes da temperatura, medidas de temperaturas
nesses contatos de dimensões reduzidas e nas linhas de interconexões tornam-se relevantes.
Utilizando-se diversas técnicas como “Scanning Joule Expansion Microscopy – (SJEM)” e
termometria óptica de campo, têm sido realizadas medidas de temperatura em pinos e
conexões. Essas técnicas ainda requerem complicadas etapas experimentais e extrações de
dados (LIAO; CHEN, 2003).
Em uma estrutura Kelvin, como ilustrada na figura 21, aplica-se a corrente (I) do
terminal 3 para o terminal 2 e mede-se a tensão entre o terminal 4 e o terminal 1. Obtém-se:
CC TStRIV ∆⋅+⋅=41
Onde “RC” é a resistência de contato, “St” é o coeficiente de temperatura e “∆TC” é o
aumento de temperatura no contato devido ao efeito Joule. Agora, se for aplicada a corrente
elétrica no sentido inverso, a tensão medida entre os terminais 1 e 4 será:
CC TStRIV ∆⋅−⋅=14
A variação de temperatura pode ser calculada, considerando I e RC constantes:
( )St
VVTC ⋅
−=∆2
1441
(4.14)
(4.15)
(4.16)
73
Dessa forma, o aumento da temperatura no contato pode ser determinado se o
coeficiente de temperatura for conhecido. Como exemplo, uma amostra de estrutura Kelvin
foi analisada, resultando nas curvas mostradas na figura 37. Pelo gráfico pode-se determinar o
valor do coeficiente de temperatura (LIAO; CHEN, 2003).
Figura 37- Aumento da temperatura e potencial em função da corrente aplicada e da área do contato.
A partir da figura 37 é possível notar que: quanto maior a corrente elétrica aplicada a
um contato, maior será a sua temperatura. Além disso, quanto menor a área do contato, maior
será a elevação da temperatura devido ao incremento da corrente elétrica aplicada.
0 2 4 6 8 10 Corrente aplicada (mA)
0
5
10
1
5
Aum
ento
da
tem
pera
tura
(∆T
C)
°C
LC = 20µm LC = 16µm LC = 10µm LC = 8µm
P
oten
cial
(-S
t.∆T
C),
mV
0
1
2
3
4
74
4.8 Programa para determinação da resistividade real do contato
Os fatores parasitários, nas estruturas Kelvin (CBKR), podem afetar
consideravelmente as medições mais precisas de resistividade de contato que são da ordem de
10-5 a 10-8 Ωcm2 (FINETTI; SCORZONI; SONCINI, 1984).
Nesta dissertação, foi elaborado um programa computacional, conforme Apêndice-A,
desenvolvido em MATLAB (Version 6.0.0.88 Release 12), baseado em uma malha
tridimensional de resistores, na qual os efeitos do fenômeno de concentração das linhas de
corrente lateral, sobre as medições de resistência de contato nas estruturas Kelvin são
determinados em função da resistividade de contato, resistência de folha e características
geométricas da estrutura de teste (FINETTI; SCORZONI; SONCINI, 1984). Após a validação
do programa com os dados do próprio artigo (FINETTI; SCORZONI; SONCINI, 1984) e com
dados de contatos Al/N+P e Al/TiSi2/N+P (SANTOS FILHO, 1988), o programa foi aplicado
na obtenção da resistividade real de contato sobre lâminas de silício com contatos silicetados
(mono-siliceto de níquel com 4% de Platina).
O programa computacional gera uma matriz de condutâncias nodais tendo como
entrada os valores da resistência de folha fora do contato (Rsh), resistência de folha dentro do
contato (Rsk), o valor da corrente elétrica aplicada durante o teste (I), a tensão medida e as
dimensões geométricas da região de análise, conforme definidas na figura 38.
As variáveis de entrada do programa são:
Largura da região de difusão [µm]:...........................................(LD)
Comprimento da região de difusão [µm]:.................................(CD)
Largura da região de contato [µm]:...........................................(LC)
Comprimento da região de contato [µm]:.................................(CC)
Largura da trilha para a região de difusão [µm]:.......................(LT)
75
Comprimento da trilha para a região de difusão [µm]:.............(CT)
Distância entre os nós [µm]:.....................................................(∆x)
Valor de Rsh [Ohms/]:...........................................................(Rsh)
Valor de Rsk [Ohms/]:...........................................................(Rsk)
Valor da corrente aplicada [mA]: ............................................(I)
Valor da tensão sobre a região de contato [mV]:.....................(Vc)
Figura 38- Modelagem da região de análise na estrutura de teste (Kelvin), com a discretização em células elementares cúbicas.
A região de análise foi dividida em células cúbicas com a dimensão ∆x de lado. Em
cada uma dessas células é feita a descrição de seu comportamento resistivo através dos
resistores R1, R2 e R3, conforme definidos na figura 39 (FINETTI; SCORZONI; SONCINI,
1984).
LD
LC
CD
CC
CT
LT
1
3
2 4
Metal
Região dopada (difusão)
Janela do contato
76
Figura 39- Análise das células elementares cúbicas, através de seu comportamento resistivo e dimensionamento dos resistores R1, R2 e R3.
Todas as células de resistores são interligadas conforme as dimensões estabelecidas.
Em seguida, o programa faz a análise nodal e resolve um sistema de equações lineares em
processos iterativos. A queda de tensão na região frontal do contato é inicialmente calculada e
em seguida o programa fornece uma resistividade de contato para comparação com aquela
que é determinada experimentalmente ρC* (resistividade aparente) pela simples aplicação da
equação 3.7. Portanto, quando ocorrer a coincidência entre as duas após diversas iterações, a
resistividade real do contato (ρC), que é o parâmetro desejado, e a variável de entrada que é
realimentada a cada iteração, dizemos que houve convergência e a resistividade real do
contato foi determinada.
A resistividade determinada experimentalmente ρC* (resistividade aparente) é
diferente da resistividade real ρC devido aos efeitos do fenômeno de concentração das linhas
de corrente lateral, isto é: (SCORZONI; FINETTI, 1994)
SI
VFRONTALC ×=ρ
Onde: “VFRONTAL” é a tensão da região frontal no contato, conforme vem exposto na
figura 40, e “S” é a área do contato.
21
RshR =
22
RskR =
( )23
*
xR C
∆=
ρ
(4.17)
(4.18)
(4.19)
(4.20)
77
Figura 40- Região frontal do contato, onde é medido VFRONTAL.
O programa também permite visualizar a tensão em cada um dos nós com valores
numéricos tabelados ou graficamente, conforme mostrado nas figuras 41 e 42 (exemplos com
dados aleatórios). Esse programa permite análises de contatos com até 4000 nós.
Por via do comando DESENHO é possível visualizar todos os nós que estão sendo
analisados no programa. Cada nó possui um número para melhor identificar a sua tensão:
• Os nós positivos estão na trilha e na região de difusão;
• Os nós negativos estão na região de contato;
• Os pontos marcados com zero não pertencem à região de análise.
Através do comando SAÍDA é possível visualizar a tensão em todos os nós analisados.
A figura 43 mostra o fluxograma do programa desenvolvido para a determinação da
resistividade real do contato.
VFRONTAL
77
78
Figura 41- Resultado gráfico das tensões em cada um dos nós analisados.
Figura 42- Resultado numérico tabelado das tensões em cada um dos nós analisados.
Ten
são
(x10
-2V
)
Comprimento (µm) Largura (µm)
79
Figura 43- Fluxograma do programa para determinação da resistividade real do contato.
Sim
Sim
Não
Não
Alguma variável está
vazia?
Variáveis de entrada
Início
Modelagem da região de análise da estrutura de teste através da discretização de células cúbicas elementares
Parâmetros das células cúbicas
21
RshR = ;
22
RskR = ;
( )2C
3x
*R
∆ρ
=
ρC* = Resistividade de contato determinada experimentalmente (Equação 3.7)
Análise nodal para determinação da resistividade de contato “ρC” através da
tensão frontal do contato
SI
VFRONTALC ×=ρ
Se ρC = ρC* ρC* = ρC
A resistividade real do contato é ρC
( )2C
3x
*R
∆ρ
=
80
Para simplificar a análise, foi estabelecida a condição de contorno: a camada metálica
sobre a região do contato é equipotencial. Vale a pena ressaltar que caso essa hipótese não
seja real, isto é, se o metal não for equipotencial, alguns erros serão esperados na apresentação
do resultado final. Nesses casos, os efeitos do fenômeno de concentração das linhas de
corrente lateral provocariam uma super estimativa da resistividade de contato (FINETTI;
SCORZONI; SONCINI, 1984).
O programa foi desenvolvido para sempre garantir a simetria geométrica da região
analisada, garantindo a mesma quantidade de nós ao redor do contato e entre a região de
difusão e a trilha para a região de difusão, mesmo que para isso seja necessário introduzir
arredondamentos com relação à quantidade de nós analisados.
81
5 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Neste capítulo são apresentados os procedimentos experimentais para fabricação das
junções N+P e estruturas adicionais de caracterização elétrica. Como item final, é feita uma
descrição dos equipamentos utilizados para a caracterização elétrica das estruturas fabricadas.
Por outro lado, o anexo-A apresenta os resultados do processo de formação do mono-siliceto
de níquel com 4% de platina (Ni(Pt)Si) que foi analisado com as técnicas: Espectroscopia de
retroespalhamento Rutherford RBS (Rutherford Backscattering Spectroscopy), Difração de
raios-X XRD (X-Ray Diffraction) e microscopia de força atômica AFM (Atomic Force
Microscopy), desenvolvidas em conjunto com o Ronaldo Willian Reis em seu trabalho de
doutoramento (REIS, 2004).
5.1 Primeira série de lâminas: junções N+P silicetadas
Lâminas de silício (100) tipo P com diâmetros de 3 polegadas e resistividades na faixa
de 6 a 9 Ωcm passaram por um procedimento de limpeza química padrão (SANTOS FILHO,
1996). A seqüência completa do procedimento foi a seguinte:
a) Enxágüe em água D.I. por 5 min.;
b) Fervura por 15 min. a 70°C em solução 4H2O : 1NH4OH : 1H2O2;
c) Enxágüe em água D.I. por 5 min.;
d) Fervura por 15 min. a 70°C em solução 4H2O : 1HCl : 1H2O2;
e) Enxágüe em água D.I. por 5 min.;
f) Secagem com N2.
Na seqüência, foi realizada a oxidação (SiO2) seca inicial de 15nm. Essa oxidação foi
realizada num forno convencional com fluxo de O2 de 2 l/min. na temperatura de 900°C por
100 minutos, conforme ilustrado na figura 44.
82
Figura 44- Oxidação (SiO2) de 15nm na lâmina de silício tipo P.
Em seguida, foi realizada a deposição de 220nm de nitreto de silício (Si3N4) sobre o
óxido fino em um forno LPCVD na temperatura de 750 ºC por duas horas com 222 sccm de
vazão do gás NH3 e 20,1 sccm de vazão do SiH2Cl2 para obter 220 nm de Si3N4 conforme
ilustrado na figura 45.
Figura 45- Deposição de 220nm de nitreto de silício (Si3N4).
Após a deposição do nitreto de silício, foi realizado o processo litográfico para definir
foto-resiste sobre as regiões ativas (diodos com diferentes áreas e perímetros) ilustrado na
figura 46.
Figura 46- Processo litográfico para definir foto-resiste sobre as regiões ativas.
Após o processo litográfico foi realizada corrosão por plasma (SF6) do Si3N4 ilustrado
na figura 47.
SiO2 Si tipo P
SiO2 Si tipo P
Si3N4
Foto-resiste
SiO2 Si tipo P
Si3N4
83
Figura 47- Corrosão por plasma (SF6) do Si3N4.
Em seguida, foi realizada a remoção do foto-resiste. A oxidação úmida, para formação
do óxido local, foi realizada em um forno convencional regulado para a temperatura de
1100 ºC por 150 minutos, a temperatura da água foi controlada em torno de 96 a 98ºC e o
fluxo de O2 durante o processo foi de 2 l/min. A remoção do Si3N4 seletivamente em relação
ao óxido de silício foi realizada utilizando ácido fosfórico (H3PO4) a 180 ºC, de acordo com a
figura 48.
Figura 48- Remoção do foto-resiste, oxidação úmida e remoção do Si3N4.
Após a realização de simulações do perfil de implantação iônica de arsênio no
programa SUPREM III, foi feita a implantação iônica de arsênio com energia de 90KeV e
dose de 5x1015cm-2 (para obter junções com aproximadamente 0,2 µm de profundidade). Na
seqüência, foi realizada a ativação dos dopantes implantados a 900°C por 20min, conforme
figura 49.
Foto-resiste
SiO2 Si tipo P
Si3N4
SiO2 Si tipo P
84
Figura 49- Implantação iônica de arsênio e ativação dos dopantes implantados.
Após a remoção do óxido fino, foram depositados 1,5nm de Pt mais 30nm de Ni por
evaporação por feixe de elétrons (e-beam) para a posterior formação do siliceto, conforme
figura 50.
Figura 50- Deposição de 1,5nm de Pt mais 30nm de Ni por evaporação por feixe de elétrons.
A formação do siliceto foi realizada em forno de processamento térmico rápido a
600°C durante 120 s. A remoção do níquel não reagido com o silício foi efetuada utilizando-
se uma solução 1H2SO4 : 3H2O durante 5 minutos. Após a remoção do óxido de silício
residual das “costas” da lâmina, utilizando solução diluída de ácido fluorídrico HF, foi feita a
deposição de alumínio sobre toda a região sem óxido por evaporação térmica. Essa etapa está
representada na figura 51.
Figura 51- Formação do siliceto, seguido da remoção do níquel não reagido. Deposição de alumínio nas “costas” da lâmina.
SiO2 Si tipo P
N+
SiO2 Si tipo P
N+ Ni
Pt
SiO2
Si tipo P
(Ni(Pt)Si)
N+
Al
85
Foi feita deposição “e-beam” de 30nm de Ti na frente da lâmina seguido de deposição
sem quebra de vácuo de uma camada final de Al com 250nm de espessura. Em seguida o
Al/Ti foi fotogravado sobre a região da junção. A corrosão do Al foi realizada em solução de
ácido fosfórico mais ácido nítrico (80H3PO4 + 10H2O + 5HNO3 em 45°C) e a corrosão do Ti
em solução de amônia (4H2O : 1H2O2 : 1NH4OH em 70ºC). Como última etapa, foi feita a
sinterização a 400ºC por 20 minutos em ambiente de gás “verde” (N2 + 10%H2). A estrutura
final é ilustrada na figura 52.
Figura 52- Deposição de 30nm de Ti e 250nm de Al por evaporação “e-beam” e sinterização a 400ºC por 20 minutos.
5.2 Segunda série de lâminas: Kelvin, Van der Pauw e junções N+P silicetadas
Lâminas de silício (100) tipo P com diâmetros de 3 polegadas e resistividades na faixa
de 6 a 9 Ωcm passaram por um procedimento de limpeza química padrão (SANTOS FILHO,
1996). A seqüência completa do procedimento foi a seguinte:
a) Enxágüe em água D.I. por 5 min.;
b) Fervura por 15 min. a 70°C em solução 4H2O : 1NH4OH : 1H2O2;
c) Enxágüe em água D.I. por 5 min.;
d) Fervura por 15 min. a 70°C em solução 4H2O : 1HCl : 1H2O2;
e) Enxágüe em água D.I. por 5 min.;
f) Secagem com N2.
SiO2
Si tipo P (Ni(Pt)Si)
N+
Al
Al
Ti
86
Si tipo P
SiO2
Na seqüência, foi realizada a oxidação seca inicial de 15nm. Essa oxidação foi
realizada num forno convencional com fluxo de O2 de 2 l/min. na temperatura de 900°C por
100 minutos, seguida de oxidação úmida para formação do óxido local de aproximadamente
600nm, conforme figura 53.
Figura 53- Oxidação (SiO2) da lâmina de silício tipo P.
Em seguida, foi realizado o processo litográfico para definir a região ativa (diodos
com diferentes áreas e perímetros, estruturas de caracterização elétrica para medida da
resistência de folha, largura de linha e resistência de contato) utilizando máscara negativa e
foto-resiste positivo. Essa etapa está representada na figura 54.
Figura 54- Processo litográfico para definição da região ativa.
A corrosão do óxido espesso de 600nm foi feita em solução 1HF : 6NH4F e o foto-
resiste foi removido em fervura em acetona (15 min.) + isopropanol (15 min.) (figura 55).
Figura 55- Corrosão do óxido espesso e remoção do foto-resiste.
SiO2 Si tipo P
Foto-resiste
87
Após a realização de simulações do perfil de implantação iônica de arsênio no
programa SUPREM III, foi feita a implantação iônica de arsênio com energia de 90KeV e
dose de 5x1015cm-2 (para obter junções com aproximadamente 0,2 µm de profundidade). Na
seqüência, foi realizada a ativação dos dopantes implantados a 1100°C por 10min, a figura 56
ilustra esta etapa.
Figura 56- Implantação iônica de arsênio e ativação dos dopantes.
Após a remoção do óxido nativo em solução diluída de ácido fluorídrico (1HF :
40H2O), foram depositados 1,5nm de Pt mais 30nm de Ni por evaporação “e-beam” para a
posterior formação do siliceto, conforme ilustrado na figura 57.
Figura 57- Deposição de 1,5nm de Pt mais 30nm de Ni por evaporação “e-beam”.
A formação do siliceto foi realizada em forno de processamento térmico rápido a
750°C durante 120 s. A remoção do níquel não reagido com o silício foi realizada utilizando
uma solução 1H2SO4 : 3H2O, por aproximadamente 5 minutos, essa etapa de processo é
ilustrada na figura 58.
Figura 58- Formação do siliceto e remoção do níquel não reagido com o silício.
Si tipo P
SiO2
N+
Si tipo P
SiO2
N+
Pt
Ni
Si tipo P
SiO2
N+
(Ni(Pt)Si)
88
Na seqüência, foram depositados 30 nm de Ti na frente da lâmina seguido de
deposição sem quebra de vácuo de uma camada de 250 nm de Al por evaporação “e-beam”,
(figura 59).
Figura 59- Deposição de 30 nm de Ti e 250 nm de Al.
A remoção do óxido de silício nas “costas” da lâmina foi feita utilizando solução
diluída de ácido fluorídrico HF para permitir a deposição de alumínio na região sem óxido por
evaporação térmica. Em seguida o Al/Ti foi fotogravado sobre a região da junção. A corrosão
do Al foi realizada em solução de ácido fosfórico mais ácido nítrico (80H3PO4 + 10H2O +
5HNO3 em 45°C) e a corrosão do Ti em solução de amônia (4H2O : 1H2O2 : 1NH4OH em
70ºC). Como última etapa, foi feita a sinterização a 430 ºC por 30 minutos em ambiente de
gás “verde” (N2 + 10%H2), conforme ilustrado na figura 60.
Figura 60- Deposição de Al nas “costas” da lâmina e sinterização final.
A figura 61 apresenta a foto de uma das lâminas processadas da segunda série de
lâminas.
Si tipo P
SiO2
N+
Ti
Al
(Ni(Pt)Si)
Si tipo P
SiO2
N+
Al
(Ni(Pt)Si)
Al Ti
89
Figura 61- Foto de uma das lâminas processadas da segunda série de lâminas.
5.3 Técnicas de caracterização elétrica
As curvas (I-V) para extração dos parâmetros elétricos dos diodos (corrente de fuga
por unidade de área, corrente de fuga por unidade de perímetro, resistência reversa, tensão de
início de condução, fator de idealidade e corrente de saturação) foram medidas em um pico-
amperímetro da marca HP modelo 4140B acoplado a um microscópio óptico e pontas finas
que tornam possível o contato elétrico entre os “pads” e o medidor. Contudo, esse
equipamento não permitiu medir as curvas para extração da resistência série, pois a limitação
de corrente em 10-2A foi um fator limitante como será mostrado no capítulo 6. Portanto, as
curvas (I-V), para extração do parâmetro resistência série dos diodos, foram medidas no
traçador de curvas programável da marca Sony-Tektronix modelo 370A.
As curvas (I-V) para extração dos parâmetros elétricos das estruturas Kelvin
(resistência e resistividade de contato) e estruturas Van der Pauw (resistência de folha) foram
medidas em um analisador de parâmetros da marca Agilent modelo 4156C também acoplado
90
a um microscópio óptico e pontas finas que tornam possível o contato elétrico entre os “pads”
e o medidor.
As medições de resistividade dos filmes de siliceto de níquel com 4% de Platina em
função da temperatura de formação foram realizadas em um instrumento de medição com 4
pontas, equipamento da marca VEECO modelo FPP5000.
5.3.1 Parametrização do HP-4140B
O pico-amperímetro mais fonte de tensão contínua da marca HP modelo 4140B possui
resolução máxima de 10-15A. A tolerância nas medições é de 0,5% para medições de
±0,001x10-12A até ±1,999x10-2A. A fonte de tensão contínua possui tensão de saída de até
±100V em passos de 100mV ou tensão de saída de ±10V em passos de 10mV. A taxa de
variação da tensão pode ser ajustada na faixa de 0,001V/s. até 1V/s. com resolução de
0,001V/s. É possível optar por três diferentes tipos de tempo de integração durante as
medições, conforme é mostrado na tabela 2: (HEWLETT PACKARD, 1980)
Tabela 2- Tempo de integração para freqüência da rede elétrica a 60 Hz.
Tempo de Integração (ms) Faixa de aplicação da corrente (A) Curto Médio Longo
10-2 ~ 10-10 16,7 66,7 266,7
10-11 66,7 266,7 1066,7
10-12 133,3 533,3 2133,3
Durante a caracterização elétrica das estruturas deste trabalho, foi selecionado o tempo
de integração longo, pois, apesar de ser mais demorado, permite uma quantidade maior de
medições por teste realizado e, conseqüentemente, o resultado é mais preciso.
91
O aparelho HP-4140B possui um filtro interno para rejeitar ruídos em corrente
alternada, que pode ser habilitado ou desabilitado. Durante a caracterização elétrica das
estruturas deste trabalho, esse filtro foi ativado.
Existem duas saídas de tensão VA e VB que possuem diferentes modos de forma de
onda, conforme tabela 3: (HEWLETT PACKARD, 1980)
Tabela 3- Modos de forma de onda de saída.
Símbolo Modo da forma de onda Rampa simples
Rampa dupla
Escada simples
Escada dupla
Tensão contínua
OFF Saída inoperante
Dependendo do tipo de medição que se deseja efetuar, é possível selecionar uma
forma de onda, conforme tabela 4: (HEWLETT PACKARD, 1980)
Tabela 4- Modos de forma de onda de saída permitidos em função da medição.
VA VB Função
OFF OFF
I
I-V
C-V
Configuração inicial Permitido Este modo não é usado
92
Durante a caracterização elétrica das estruturas deste trabalho, foi utilizada a escada
simples na saída VA. Com tensão inicial de -5V, tensão final de 1,5V, passos de 0,05V, tempo
de ocupação do início e final da varredura de tensão em 3 s., taxa de variação da forma de
onda aplicada 0,1V/s e limite de corrente da fonte em 10-2A (limite máximo do equipamento).
As medições foram efetuadas com referência à terra (medida aterrada).
A figura 62 apresenta a foto do painel frontal do pico-amperímetro da marca HP
modelo 4140B.
Figura 62- Foto do painel frontal do pico-amperímetro da marca HP modelo 4140B.
O acesso aos dispositivos foi realizado por meio de pontas finas condutoras e
microscópio óptico, conforme figura 63.
Figura 63- Foto do sistema de pontas finas que torna possível o contato elétrico entre os “pads” presentes na lâmina e o equipamento HP-4140B.
93
5.3.2 Parametrização do Sony-Tektronix 370A
O traçador de curvas programável da marca Sony-Tektronix modelo 370A foi
parametrizado para permitir correntes de até 2 Amperes circulando nos diodos diretamente
polarizados, o que é considerado relativamente alto para diodos de sinais em microeletrônica.
Esse equipamento permite pico máximo de tensão de 2000V, 400V, 80V e 16V
durante as medições, sendo que foi ajustado o pico máximo de 16V, pois a ordem de grandeza
das tensões medidas era relativamente baixa (até 10V).
Este equipamento permite pico máximo de potência de 220W, 50W, 10W, 2W, 0,4W
e 0,08W. Durante as medições, foi ajustado o pico máximo de 220W, contudo, poderia ter
sido ajustado também para 50W, pois a ordem de grandeza das potências medidas era menor
(até 20W).
A polaridade aplicada pode ser tal que tenhamos corrente de fuga positiva, corrente
contínua positiva, corrente contínua pulsante positiva, corrente alternada, corrente contínua
pulsante negativa, corrente contínua negativa e corrente de fuga negativa. Durante as
medições, a fonte foi ajustada para corrente alternada para possibilitar em uma única medição
a verificação do comportamento do diodo com polarização direta e reversa. A tolerância das
medições é de 1,5% (SONY-TEKTRONIX, 1989).
O gerador de passos pode ser ajustado para amplitude de cada passo em tensões de
50mV a 2V ou correntes de 50nA a 200mA, e número de 1 a 10 passos para cada nova
condição aplicada. Durante as medições, foi ajustada a amplitude de passo de 50mV e 5
passos por condição para garantir boa precisão das medições.
A análise dos valores pode ser feita por meio de tela com escala (display) ou cursor
com ponto. Apenas por uma questão de preferência, optou-se pela leitura dos dados através de
cursor com ponto. Após a colocação da tampa de proteção nos soquetes de medição, foi
94
possível efetuar as medições pela variação do “Variable Collector Supply”. A figura 64
mostra uma foto do traçador de curvas programável Sony-Tektronix modelo 370A.
Figura 64- Foto do equipamento Sony-Tektronix modelo 370A.
O acesso aos diodos foi realizado por meio de um sistema de pontas finas condutoras
que foram posicionadas sobre os “pads” com a ajuda de visualização via microscópio óptico,
conforme figura 65.
Figura 65- Foto do sistema de pontas finas que torna possível o contato elétrico entre os “pads” e o Sony-Tektronix 370A.
95
5.3.3 Parametrização do VEECO FPP5000
O equipamento da marca VEECO modelo FPP5000, conforme mostrado na figura 66,
realiza medições das propriedades resistivas de lâminas semicondutoras e filmes resistivos.
Seu amplificador de entrada é automaticamente calibrado para cada medição, possibilitando
precisão nas medições com tolerância de ±0,5% para faixa de medições de 5mΩ a 5KΩ. A
corrente de teste é constantemente variada para minimizar a mesma durante os testes,
garantindo um bom nível de sinal, sendo que a faixa de variação dessa corrente está entre
250nA a 500mA. A impedância de entrada do detector de tensão é de 1x1012Ω. Durante os
testes para determinação de resistência, são aplicadas as tensões e correntes, conforme tabela
5: (VEECO INSTRUMENTS)
Tabela 5- Correntes e tensões de teste do VEECO - FPP5000.
Resistência desconhecida (Ω)
Tensão entre os pinos centrais (V)
Corrente entre os pinos extremos (A)
5x10-3 a 5x10-2 2,5x10-3 500x10-3 a 50x10-3
5x10-2 a 5x10-1 25x10-3 500x10-3 a 50x10-3
5x10-1 a 5x100 2,5x10-3 5x10-3 a 0,5x10-3
5x100 a 5x101 25x10-3 5x10-3 a 0,5x10-3
5x101 a 5x102 2,5x10-3 50x10-6 a 5x10-6
5x102 a 5x103 25x10-3 50x10-6 a 5x10-6
Figura 66- Foto do equipamento da marca VEECO modelo FPP5000.
96
A resistência de folha do filme é dada em Ω/; contudo, para se determinar a
resistividade do filme, cuja unidade é µΩ.cm, é necessário multiplicar a resistência de folha
pela espessura do filme.
5.3.4 Parametrização do Agilent 4156C
O Agilent 4156C é um analisador de parâmetros para semicondutores que possui
quatro unidades de fonte e monitoração de medição (SMU1, SMU2, SMU3 e SMU4), duas
unidades de fonte (VSU1 e VSU2) e duas unidades de monitoração de medição (VMU1 e
VMU2). A resolução das unidades de fonte e monitoração de medição vai de 1fA/2µV até
100mA/100V.
Baseado na ordem de grandeza da corrente aplicada e tensão medida, a tolerância do
equipamento é de 0,33% (AGILENT TECHNOLOGIES, 2003). O equipamento foi ajustado
para aplicar correntes de -2mA a +2mA com passos de 250µA entre os terminais SMU2 e
SMU1. A tensão elétrica foi medida entre os terminais VMU1 e VMU2, o substrato foi
aterrado através do terminal SMU4. Foi utilizado o tempo de integração longo para permitir
maior precisão nas medições.
Nas estruturas Kelvin, o terminal SMU2 injetou corrente elétrica no “pad” de metal e
o terminal SMU1 fechava o circuito de retorno da corrente no “pad” de difusão/siliceto. O
terminal VMU1 estava em contato com o segundo “pad” de metal e o terminal VMU2 estava
em contato com o segundo “pad” de difusão/siliceto, para medir a queda de tensão no contato,
conforme a estrutura Kelvin apresentada na figura 67.
Nas estruturas Van der Pauw, os terminais SMU2 e SMU1 aplicam corrente elétrica
entre dois “pads” adjacentes, os terminais VMU1 e VMU2 medem a tensão elétrica nos outros
97
dois “pads” adjacentes. Nessas medidas, todos os “pads” são do mesmo material
(difusão/siliceto).
Figura 67- Diagrama esquemático das conexões do Agilent 4156C na estrutura Kelvin.
A figura 68 apresenta a foto do painel frontal do analisador de parâmetros do
semicondutor da marca Agilent modelo 4156C durante uma das medições realizadas.
Figura 68- Analisador de parâmetros para semicondutores da marca Agilent modelo 4156C.
SMU2
VM
U2
VM
U1
SMU1
Metal
Região ativa (implantada)
Janela do contato
Conexão do instrumento
I
V
98
O acesso às estruturas Van der Pauw e Kelvin foi realizado, também neste caso, por
meio de um sistema de pontas finas condutoras e microscópio óptico, conforme figura 69.
Figura 69- Foto do sistema de pontas finas que torna possível o contato elétrico entre os “pads” e o Agilent 4156C.
99
6 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Neste capítulo, são apresentados os resultados e as discussões sobre a caracterização
elétrica dos filmes de siliceto de níquel com 4% de Platina em função da temperatura de
formação, medições de resistência de folha nas estruturas Van der Pauw, medições de
resistência de contato nas estruturas Kelvin, medições em junções N+P (corrente de fuga por
unidade de área, corrente de fuga por unidade de perímetro, resistência reversa, tensão de
início de condução, fator de idealidade, corrente de saturação e resistência série) e análise da
resistividade real do contato através do programa desenvolvido em MATLAB. Todas as
medições foram realizadas com as amostras na temperatura ambiente e isentas de luz.
6.1 Resistividade do filme de mono-siliceto de níquel (NiSi) com 4% de Platina
A partir da formação de mono-siliceto de níquel em temperaturas de 400°C a 800°C
por 120 segundos, com a estrutura Ni(30nm)/Pt(1,5nm)/Si, foi realizada uma análise sobre os
valores de resistividade dos filmes de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina para as
diversas condições de formação do siliceto. Essa análise realizada nas lâminas de teste,
conforme tabela 6, foi fundamental para a escolha da temperatura de formação do siliceto no
processamento das lâminas que contêm as estruturas de caracterização elétrica.
Tabela 6- Resistividade dos filmes de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina.
Temperatura (ºC)
Espessura do siliceto (Å)
Rsh (Ω/)
Resistividade (µΩ.cm)
400 780 3,92 30,6 450 790 3,39 26,8
500 800 3,27 26,2
600 800 3,13 25,0
700 800 3,33 26,6
800 800 4,35 34,8
100
O menor valor de resistividade foi encontrado no processo realizado em 600 ºC por
120 segundos. Este valor de resistividade é compatível com a mesma ordem de grandeza
encontrada em diversas literaturas (MORIMOTO et al., 1991; XU et al., 1998). Em
temperaturas maiores, o início da transição da fase Ni(Pt)Si para Ni(Pt)Si2 pode estar
ocorrendo devido ao aumento na resistividade que pode ser melhor visualizado na figura 70.
400 500 600 700 80024
26
28
30
32
34
36
Res
istiv
idad
e (µ
Ω.c
m)
Temperatura de recozimento (ºC)
Figura 70- Resistividade do filme de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina em função da temperatura de recozimento (RTP).
Portanto, foi escolhida, para formação do siliceto no processamento da primeira série
de lâminas, a temperatura de 600°C por 120 s. devido à menor resistividade do filme obtido.
6.2 Medições de resistência de folha com estruturas Van der Pauw
A resistência de folha é um dos parâmetros importantes na caracterização de um
processo de fabricação de circuitos integrados. Ela depende da resistividade (intrínseca) do
material e da espessura ou profundidade da camada (MARTINO; PAVANELLO;
VERDONCK, 2003). Por isso, foram utilizadas estruturas Van der Pauw para obtenção da
400 500 600 700 800
36
34
32
30
28
26
24
Temperatura de recozimento (°C)
Res
isti
vida
de (
µΩ.c
m)
101
resistência de folha do mono-siliceto de níquel com 4% de Platina nas estruturas de
caracterização elétrica fabricadas conforme descrito no item 5.2. Uma única lâmina da
segunda corrida (segunda série de lâminas) apresentou resultados satisfatórios (junções não
perfuradas com baixa corrente reversa). Esta lâmina mencionada foi medida em cinco regiões
distintas conforme indicado na figura 71. É importante destacar que a figura corresponde a
uma foto da lâmina onde foram realizadas as medidas e as linhas brancas separam as cinco
regiões compostas por diversas pastilhas (chips) quadradas.
Figura 71- Foto da lâmina (segunda série de lâminas) dividida em cinco regiões onde as estruturas que foram medidas estão indicadas através do símbolo “circulo com cruz” sobre cada pastilha quadrada (5,3mm x 5,3mm) escolhida.
A tabela 7 apresenta as medições de resistência de folha nas cinco regiões da lâmina
processada. A última linha da tabela apresenta a média e o desvio padrão.
V III I II IV
pastilhas medidas
102
Tabela 7- Resistência de folha nas cinco regiões da lâmina processada.
Resistência de folha (Ω/)
I II III IV V
2,82 2,86 5,89 6,15 12,91
3,08 4,07 4,84 5,16 11,82
2,27 4,40 8,74 8,38 8,83
3,21 3,05 5,57 7,16 14,18
3,54 6,44 3,12 9,38 11,73
3,78 4,66 3,93 8,15 11,01
2,51 3,05 6,70 9,83 11,05
2,89 2,33 5,43 7,43 9,47
4,57 5,56 6,30 10,33 9,20
3,68 6,38 5,39 6,23 7,29
Média: 3,24 Desvio: ± 0,68
Média: 4,28 Desvio: ± 1,48
Média: 5,59 Desvio: ± 1,54
Média: 7,82 Desvio: ± 1,71
Média: 10,75 Desvio: ± 2,07
A média global da resistência de folha medida nas estruturas Van der Pauw, na lâmina
que contêm as estruturas de caracterização elétrica, foi de 6,3Ω/ com desvio padrão de
±3,1Ω/. Pode-se notar uma diferença entre esse valor de resistência de folha medida na
estrutura Van der Pauw com o equipamento Agilent 4156C e o valor de resistência de folha
medida com o método de 4 pontas com o equipamento VEECO-FPP5000 nas lâminas de
testes iniciais do item 6.1 cujo valor global variou de 3,13Ω/ a 4,35Ω/. Essa diferença foi
provocada por uma degradação dos filmes de siliceto durante o processo de fabricação das
estruturas Van Der Pauw. Este processo de degradação será discutido a seguir baseado nos
valores de resistividade.
A espessura do filme de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina (Ni(Pt)Si) foi
obtida por perfilometria em degraus sobre o filme, resultando num valor médio de 76,1nm
com desvio padrão de ±10,2nm. Com base nesse resultado, os valores da resistividade média e
103
os correspondentes desvios-padrão, para filmes de mono-siliceto de níquel com 4% de
Platina, foram calculados para as cinco regiões da lâmina que contêm as estruturas de
caracterização elétrica (tabela 8).
Tabela 8- Resistividades dos filmes de siliceto de níquel nas cinco regiões da lâmina processada.
Resistividade do filme (µΩ.cm)
I II III IV V
21,46 21,76 44,82 46,80 98,25
23,44 30,97 36,83 39,27 89,95
17,27 33,48 66,51 63,77 67,20
24,43 23,21 42,39 54,49 107,91
26,94 49,01 23,74 71,38 89,27
28,77 35,46 29,91 62,02 83,79
19,10 23,21 50,99 74,81 84,09
21,99 17,73 41,32 56,54 72,07
34,78 42,31 47,94 78,61 70,01
28,00 48,55 41,02 47,41 55,48
Média: 24,62 Desvio: ±5,16
Média: 32,57 Desvio: ±11,28
Média: 42,55 Desvio: ±11,69
Média: 59,51 Desvio: ±12,98
Média: 81,80 Desvio: ±15,72
A região I apresentou valor médio de resistividade baixo, compatível com a literatura
(MORIMOTO et al., 1991; XU et al., 1998). Por outro lado, as regiões II, III, IV e V
apresentaram valores progressivamente degradados, respectivamente. A degradação
progressiva está associada possivelmente ao processo de corrosão do sistema Al/Ti.
Especificamente o controle qualitativo, de forma visual, da corrosão do Ti em solução de
amônia (4H2O : 1H2O2 : 1NH4OH em 70 ºC) pode ter alcançado o siliceto a ponto de causar
dano, conforme ilustrado na figura 72. O ajuste inexato da temperatura da solução que
possivelmente ficou acima de 70°C pode ter desencadeado uma sobre-corrosão apreciável
abaixo do filme de alumínio pela solução química de corrosão do titânio (figura 72).
104
Figura 72- Possível caminho da solução (4H2O : 1H2O2 : 1NH4OH em 70 ºC) na estrutura do diodo.
6.3 Medições de resistência de contato com estruturas Kelvin
As medições de resistência de contato foram realizadas nas estruturas Kelvin (Cross-
bridge Kelvin resistor – CBKR) em estruturas fabricadas conforme descrito no item 5.2.
Fazendo-se uma análise do contato elétrico, para correntes elétricas variando de -2mA a
+2mA, observou-se, conforme mostrado na tabela 9, que a resistência de contato varia até 4%
como função da corrente elétrica aplicada. Contudo, para este trabalho, essa tolerância é
assumida como aceitável em função da tolerância do equipamento e condições de medição. É
reportada na literatura (FURLAN, 1990; SANTOS FILHO, 1988) correntes elétricas de 1mA
aplicadas nas estruturas Kelvin para a determinação da resistência de contato. Portanto, o
valor médio da resistência do contato Al/Ti/Ni(Pt)Si/N+P nas estruturas Kelvin, para corrente
elétrica de 1mA, resultou em 5,9Ω com desvio padrão de ± 1,3Ω para contatos de 16µm x
16µm, o que representa resistividade de contato de 15,0µΩ.cm2 com desvio padrão de
±3,4µΩ.cm2. Esse valor de resistividade de contato é considerado relativamente bom, pois é
da mesma ordem de grandeza daquele observado em contatos rasos de mono-siliceto de
níquel reportados na literatura (2x10-5Ω.cm2 a 5x10-8Ω.cm2) (FINETTI et al., 1985;
SCORZONI; FINETTI, 1994).
Si tipo P
SiO2
N+
Ti Al
Al
Possível caminho da solução
(Ni(Pt)Si)
105
Tabela 9- Resistência de contato e resistividade de contato para diversas correntes elétricas em uma estrutura Kelvin com comportamento típico da lâmina processada.
Na figura 73 é possível observar o comportamento típico da tensão elétrica em função
da corrente elétrica em uma das estruturas Kelvin da segunda série de lâminas processadas.
Isso mostra a característica ôhmica do contato representada por um comportamento linear da
curva I-V (CHO et al., 2005).
Corrente elétrica (mA)
Tensão elétrica (mV)
Resistência de contato (Ω)
Resistividade de contato (µΩ.cm2)
-2,00 -11,714 5,86 15,00
-1,75 -10,270 5,87 15,03
-1,50 -8,830 5,89 15,08
-1,25 -7,366 5,89 15,08
-1,00 -5,900 5,90 15,10
-0,75 -4,420 5,89 15,08
-0,50 -2,930 5,86 15,00
-0,25 -1,483 5,93 15,18
0,25 1,495 5,98 15,31
0,50 2,990 5,98 15,31
0,75 4,436 5,91 15,13
1,00 5,874 5,87 15,03
1,25 7,304 5,84 14,95
1,50 8,706 5,80 14,85
1,75 10,112 5,78 14,80
2,00 11,498 5,75 14,72
106
-15
-10
-5
0
5
10
15
-2 -1 0 1 2-2 -1 0 +1 +2 Corrente elétrica (mA)
+15
+10
+5
0
-5
-10
-15
Ten
são
elét
rica
(m
V)
Figura 73- Gráfico com o comportamento ôhmico do contato, típico da lâmina processada.
No mesmo conjunto de pastilhas (chips) separado em regiões conforme mostrado na
figura 71, também foram realizadas medidas de resistência e resistividade de contato. A tabela
10 apresenta os resultados das medições de resistividade de contato (aparente), esses valores
serão úteis nas simulações com o programa desenvolvido em MATLAB para determinação da
resistividade real de contato, no item 6.4, segundo procedimento já descrito no item 4.8.
Tabela 10- Resistividade de contato (aparente) na lâmina processada.
Resistividade de contato (µΩ.cm2)
I II III IV V
9,50 10,62 15,05 15,07 21,96
11,75 13,57 14,77 14,82 19,35
8,17 14,11 15,64 16,38 17,59
12,06 10,96 15,03 15,90 22,37
12,08 15,33 11,85 18,25 20,51
13,29 14,39 13,52 16,31 20,92
8,76 11,21 15,69 18,41 19,56
10,91 8,32 15,01 18,30 16,20
14,13 15,03 16,87 18,84 17,66
13,18 15,59 14,99 15,23 16,15
Média: 11,38 Desvio: ± 2,01
Média: 12,91 Desvio: ± 2,46
Média: 14,84 Desvio: ± 1,35
Média: 16,75 Desvio: ± 1,55
Média: 19,23 Desvio: ± 2,25
107
A tabela 10 mostra resistividades de contato progressivamente maiores para as regiões
II, III, IV e V, respectivamente, o que está compatível com a degradação progressiva da
resistividade do siliceto de níquel apresentada na tabela 8, isto é, os menores valores de
resistividade do filme Ni(Pt)Si correspondem aos menores valores de resistividade de contato.
6.4 Resultados do programa: determinação da resistividade real do contato
Utilizando-se o programa desenvolvido em MATLAB para determinação da
resistividade real de contato, conforme descrito no item 4.8, os efeitos do fenômeno da
concentração das linhas de corrente no contato foram analisados nas estruturas
Al/Ti/NiSi(N+P) que tiveram a formação dos filmes finos de mono-siliceto de níquel com
adição de 4% de Platina (Ni(Pt)Si). Após a fabricação dos contatos, conforme descrito no
item 5.2, foram realizadas medições nas estruturas Kelvin para a determinação da
resistividade de contato aparente.
A corrente elétrica aplicada nas medições foi de 1mA, largura da região de difusão
(LD) de 16µm, comprimento da região de difusão (CD) de 16µm, largura da região de contato
(LC) de 16µm, comprimento da região de contato (CC) de 16µm, largura da trilha para a
região de difusão (LT) de 16µm, comprimento da trilha para a região de difusão (CT) de
73µm. Essas dimensões do contato foram utilizadas para diminuir a largura da borda (δ=0).
Os valores de resistência de folha dentro da área de contato (Rsk) e fora da área de
contato (Rsh) foram assumidos iguais, contudo, o valor da resistência de folha utilizado em
cada simulação do programa foi o da estrutura Van der Pauw mais próxima à estrutura Kelvin
medida. Todos os dados foram inseridos no programa, com a distância de 1µm entre os nós,
108
como ilustrado na “janela” de programa apresentada na figura 74. A figura 75 mostra o
resultado da resistividade real de contato para os dados previamente digitados.
Figura 74- Inserção dos dados no programa para calcular a resistividade real do contato.
Figura 75- Resultado final da resistividade real do contato após diversas iterações.
109
Os resultados das simulações com o programa são mostrados na tabela 11, onde são
apresentados os valores da resistividade real de contato e a correspondente diferença
percentual entre a resistividade real de contato e a resistividade aparente (compare tabela 10
com a tabela 11). A última linha da tabela apresenta a média e o desvio padrão (±) para cada
região da lâmina.
Tabela 11- Resistividade real de contato (µΩ.cm2) e a diferença entre a resistividade real do contato e a resistividade aparente do contato (%) para a lâmina processada.
Resistividade real do contato (µΩ.cm2) e Diferença entre a real e a aparente (%)
I II III IV V
µΩ.cm2 % µΩ.cm2 % µΩ.cm2 % µΩ.cm2 % µΩ.cm2 %
6,56 30,98 7,18 32,43 10,97 27,09 11,07 26,52 17,14 21,96
7,89 32,83 9,39 30,84 10,40 29,56 10,57 28,70 15,19 21,51
5,56 31,96 9,84 30,28 12,11 22,55 12,51 23,63 13,39 23,86
8,13 32,60 7,46 31,94 10,85 27,84 11,89 25,23 17,65 21,10
8,31 31,18 11,32 26,14 7,97 32,77 13,95 23,57 15,94 22,28
9,09 31,63 10,11 29,73 9,29 31,30 12,41 23,91 16,05 23,28
6,00 31,50 7,59 32,27 11,62 25,93 14,16 23,10 15,17 22,42
7,35 32,67 5,67 31,84 10,78 28,17 13,43 26,60 12,63 22,02
9,93 29,75 10,84 27,86 12,19 27,73 14,55 22,78 13,53 23,40
8,98 31,90 11,46 26,49 10,75 28,26 11,19 26,50 12,08 25,20
7,78 ± 1,41
31,70 ± 0,93
9,09 ± 1,99
29,98 ± 2,38
10,69 ± 1,28
28,12 ± 2,81
12,57 ± 1,40
25,05 ± 1,96
14,88 ± 1,90
22,70 ± 1,23
Após fazer simulações conforme o fluxograma da figura 43, foram observadas
reduções na resistividade real de contato (ρC), comparada com a aparente (ρC*), de até 32%
nos contatos com filmes de mono-siliceto de níquel com 4% de Platina. Esta grande diferença
de até 32% ocorreu devido aos efeitos do fenômeno da concentração das linhas de corrente no
contato.
110
É possível destacar que a resistividade real de contato na região I ficou
significativamente menor (até 32%) em relação ao valor aparente. Por outro lado, a
resistividade dos contatos degradados, representados pelas regiões II, III, IV e V,
apresentaram-se também menores, mas ainda mais altos comparados com a região I.
Durante as simulações, ao fixar todas as demais variáveis de entrada do programa e
alterando apenas as dimensões da região do contato (situação hipotética), foi observado que
quanto maior a largura da borda entre a região de difusão e o contato, maior era a diferença
entre a resistividade real de contato (ρC) comparada com a determinada experimentalmente
(ρC*). Tal resultado permite concluir que quanto menor for a largura da borda (δ) entre a
região do contato e a região de difusão na estrutura Kelvin, mais precisa será a medição com a
estrutura Kelvin, o que também está de acordo com a literatura (ONO et al., 2002;
SANTANDER et al., 1993).
O intervalo de tempo total para resolução de diversas iterações até a convergência do
valor da resistividade real de contato foi de 0,5 segundo para 100 nós e de 9 minutos para
3024 nós, tendo como referência um microcomputador Athlon XP 1,8GHz 256MB-RAM.
6.5 Resultados dos diodos com siliceto de níquel (NiSi) com 4% de Platina
Os diodos fabricados com contatos Al/Ti/NiSi, que tiveram a formação dos filmes
finos de mono-siliceto de níquel com adição de 4% de Platina (Ni(Pt)Si), foram processados
em duas séries de lâminas.
111
6.5.1 Correntes e resistências reversas
A primeira série de lâminas apresentou diodos com a média (entre dez diodos) da
corrente reversa por unidade de área de 33,8nA/cm2 com desvio padrão de ±12,3 nA/cm2 e a
média da corrente reversa por unidade de perímetro de 654pA/cm com desvio padrão de
±229pA/cm para tensão reversa de -5V. Esses dados foram extraídos a partir de diodos
quadrados (300µm x 300µm) e diodos serpentinas (área de 90000µm2 e perímetro de
6000µm). A figura 76 mostra o comportamento típico da corrente reversa para os diodos
quadrados da primeira série de lâminas.
Figura 76- Corrente reversa típica para diodos quadrados 300µm x 300µm (primeira série de lâminas).
Esse gráfico pode ser dividido em duas regiões: na região 1, tanto a corrente reversa
quanto a tensão reversa possuem baixos valores. A curva dessa região é praticamente
parabólica, exceto nas proximidades de sua origem, onde se aproxima de uma reta. Na região
2, a corrente reversa tende a se aproximar de um valor constante, mas não atingido, pois a
resistência na direção reversa é alta, mas não é infinita (FONTAINE, 1963).
A resistência reversa do diodo (RREV) é calculada pela equação 6.1 (FONTAINE,
1963); portanto, a média da resistência reversa dos diodos quadrados da primeira série de
-2,00E-10
-1,50E-10
-1,00E-10
-5,00E-11
0,00E+00-5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0
0
-0,05
-0,10
-0,15
-0,20
Cor
rent
e re
vers
a (n
A)
Região 1
Região 2 A B
tg α
-5 -4 -3 -2 -1 0 Tensão reversa no diodo (V)
112
lâminas é de 268,9GΩ com desvio padrão de ±97,7GΩ. Esse valor é bom, pois é maior do que
o encontrado em literatura (PIERCE, 1967; SEYMOUR, 1981).
REVD
D
RV
Itg
1=∆∆
=α
A corrente reversa do diodo é a soma da corrente de geração do substrato, mais uma
componente adicional de corrente que está associada à geração na camada de depleção, mais a
injeção lateral (LIOU, 1994). O aumento da geração dentro da região de depleção ocorre junto
com o aumento da largura da região de depleção. Como resultado, a corrente reversa pode
aumentar quase que linearmente com a largura da região de depleção, ou com a raiz quadrada
da tensão reversa (STREETMAN, 1995). A superfície é uma descontinuidade na estrutura do
cristal, e as propriedades da superfície podem ser relativamente diferentes do substrato.
Normalmente, devido às impurezas no processo de fabricação e distúrbio da estrutura
cristalina na superfície, o tempo de vida dos portadores livres é muito menor do que no
substrato. Dessa forma, uma superfície de baixa qualidade pode aumentar a corrente reversa
com o aumento da tensão reversa, porque a região de depleção circundará uma região maior
da superfície, isto é, a interseção da junção com a superfície que contenha defeitos induzirá
maior corrente associada a defeitos dentro da região de depleção (LIOU, 1994; MARTINO;
PAVANELLO; VERDONCK, 2003). Para junções planares p-n de silício, a corrente de fuga
de superfície é geralmente muito menor que a corrente de geração na região de depleção
(SZE, 1981). Ao comparar diodos que passaram pelo mesmo processo de fabricação com
mesma área e perímetros diferentes, observa-se que quanto maior o perímetro, maior será a
corrente reversa.
A figura 77 mostra o comportamento típico da corrente reversa para os diodos
serpentinas da primeira série de lâminas.
(6.1)
113
-6,00E-10
-5,00E-10
-4,00E-10
-3,00E-10
-2,00E-10
-1,00E-10
0,00E+00
-5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0
-5 -4 -3 -2 -1 0 Tensão reversa no diodo (V)
Cor
rent
e re
vers
a (n
A)
A B
tg α
Região 1
Região 2
0
-0,2
-0,4
-0,6
-3,00E-10
-2,50E-10
-2,00E-10
-1,50E-10
-1,00E-10
-5,00E-11
0,00E+00
-5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0
A
B
tg α Região 1
Região 2
-5 -4 -3 -2 -1 0
Tensão reversa no diodo (V)
0
-0,1
-0,2
-0,3
Cor
rent
e re
vers
a (n
A)
A média da resistência reversa dos diodos serpentinas da primeira série de lâminas é
de 35,5GΩ com desvio padrão de ±11,5GΩ. Apesar de essa resistência do diodo serpentina
ser menor que a do diodo quadrado, ainda é considerada boa, segundo a literatura (PIERCE,
1967; SEYMOUR, 1981).
Figura 77- Corrente reversa típica para diodos serpentinas com área de 90000 µm2 e perímetro de 6000µm (primeira série de lâminas).
A segunda série de lâminas apresentou diodos com a média (entre dez diodos) da
corrente reversa por unidade de área de 78,6nA/cm2 com desvio padrão de ±21,8nA/cm2 e a
média da corrente reversa por unidade de perímetro de 1,16nA/cm com desvio padrão de
±297pA/cm para tensão reversa de -5V. Esses dados foram extraídos a partir de diodos
quadrados (300µm x 300µm) e diodos serpentinas (área de 90000µm2 e perímetro de
6000µm). A figura 78 mostra o comportamento típico da corrente reversa para os diodos
quadrados da segunda série de lâminas.
Figura 78- Corrente reversa típica para diodos quadrados 300µm x 300µm (segunda série de lâminas).
114
-1,00E-09
-8,00E-10
-6,00E-10
-4,00E-10
-2,00E-10
0,00E+00
-5 -4,5 -4 -3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0
A B
tg α
Região 1
Região 2
- 5 -4 -3 -2 -1 0
Tensão reversa no diodo (V)
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0Cor
rent
e re
vers
a (n
A)
A média da resistência reversa dos diodos quadrados da segunda série de lâminas é de
42,7GΩ com desvio padrão de ±10,0GΩ.
A figura 79 mostra o comportamento típico da corrente reversa para os diodos
serpentinas da segunda série de lâminas.
Figura 79- Corrente reversa típica para diodos serpentinas com área de 90000µm2 e perímetro de 6000µm (segunda série de lâminas).
A média da resistência reversa dos diodos serpentinas da segunda série de lâminas é
de 23,9GΩ com desvio padrão de ±5,6GΩ.
Ao comparar os resultados das duas séries de lâminas, pode-se observar que a
primeira série de lâminas (deposição de nitreto de silício Si3N4 com posterior processo
litográfico para definição da região ativa, com formação do siliceto a 600°C por 120s.)
apresentou melhores resultados (menor corrente de fuga) que a segunda série de lâminas
(oxidação úmida para crescimento da região passiva com posterior processo litográfico para
definição da região ativa, com formação do siliceto a 750°C por 120s.); contudo, ambos os
processos permitiram a obtenção de diodos de boa qualidade, apesar de ser desejada corrente
de fuga na ordem de até 10nA/cm2 (JUANG et al., 1998).
115
6.5.2 Tensão de condução, fator de idealidade e corrente de saturação
A primeira série de lâminas apresentou diodos com tensão de início de condução em
média igual a 0,56V. A figura 80 apresenta a curva típica dos diodos diretamente polarizados,
essa curva pode ser dividida em quatro regiões: Na região “A” baixas tensões e baixíssimas
correntes (correntes na ordem de pA, nA ou µA e tensões de alguns mV) se comporta
praticamente como uma reta próximo à origem. Na região “B” a curva se aproxima de um
comportamento parabólico. Na região “C” não é muito diferente de um comportamento
parabólico, mas ainda não pode ser considerada linear, esta região é particularmente
importante no uso do diodo como um detector. A região “D” apresenta altas correntes, a curva
é praticamente linear, pequenas variações de tensão nesta região resultam em uma grande
variação de corrente (FONTAINE, 1963).
Figura 80- Curva típica dos diodos diretamente polarizados (primeira série de lâminas).
0,00E+00
1,00E-03
2,00E-03
3,00E-03
4,00E-03
5,00E-03
6,00E-03
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Tensão direta no diodo (V)
6
5
4
3
2
1
0
Cor
rent
e di
reta
(m
A)
Região “A”
Região “C”
Região “B”
Região “D”
116
As características apresentadas nas curvas de polarização direta do diodo são
compatíveis com a literatura (MULVEY, 1969).
A primeira série de lâminas apresentou a média do fator de idealidade em 1,15 com
desvio padrão de ±0,03 (equação 3.19). A figura 81 apresenta a curva típica do logaritmo
natural da corrente com o diodo diretamente polarizado em função da tensão aplicada no
diodo. Esse gráfico é tradicionalmente utilizado para a extração do fator de idealidade do
diodo, essa curva pode ser dividida em quatro regiões: Na região “a”, a recombinação na
região de depleção é cada vez mais dominante caso ocorra uma diminuição da inclinação da
curva; na região “b” ocorre um aumento da influência da corrente de difusão, essa região é
tradicionalmente adotada para a extração do valor de idealidade, pois ocorre a aproximação
com as características ideais para a extração do fator de idealidade do diodo. Neste trabalho, o
fator de idealidade foi calculado através da inclinação da curva entre aproximadamente 0,05V
a 0,45V. Na região “c” começa a injeção de alta corrente que causa a diminuição da
inclinação; na região “d” observa-se o efeito da resistência série. À medida que o diodo tende
a se comportar como um diodo ideal, as regiões “a”, “b” e “c” apresentam comportamentos
bastante similares (STRUTT, 1966; SZE, 1981). Matematicamente é possível explicar a
mudança de inclinação da curva abaixo de 0,05V, isso ocorre devido ao efeito do “-1” da
equação básica do diodo, equação 3.18. A partir de aproximadamente 0,5V, observa-se uma
nova inclinação na curva utilizada para a extração do fator de idealidade. Essa nova inclinação
é causada pela alta injeção de portadores (a qual tende a elevar o fator de idealidade para η≈2)
juntamente com os efeitos ôhmicos (os quais tendem a distorcer em descendência ainda mais
a curva utilizada para a extração do fator de idealidade) com o aumento da corrente elétrica
(MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003; OLIVEIRA, 2003).
117
Figura 81- Gráfico típico do logaritmo da corrente direta em função da tensão direta, mostrando o comportamento típico nos diodos (primeira série de lâminas).
O fator de idealidade próximo de 1 indica a predominância da corrente de difusão na
operação direta do diodo em regime de baixa injeção (comportamento ideal do diodo). O fator
de idealidade próximo de 2 indica a predominância da corrente de recombinação (indicando
material de baixa qualidade) (BURGER; REIF, 1985). Portanto, como o fator de idealidade
dos diodos da primeira série de lâminas ficou em 1,15, indica ser diodos de boa qualidade.
A corrente de saturação é obtida através da interseção entre a extrapolação da linha da
região “b” com o eixo da corrente no gráfico de ln(ID) em função da tensão direta no diodo
(BENAMARA et al., 2005). Portanto, a média da corrente de saturação dos diodos da
primeira série de lâminas foi de aproximadamente 1,1x10-11A (diodos quadrados 300µm x
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Tensão direta no diodo (V)
ln(I
D)
Região “a”
Região “b”
Região “c”
Região “d”
100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
10-11
10-12
118
0,00E+00
1,00E-03
2,00E-03
3,00E-03
4,00E-03
5,00E-03
6,00E-03
7,00E-03
8,00E-03
9,00E-03
1,00E-02
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Tensão direta no diodo (V)
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Cor
rent
e di
reta
(m
A)
Região “A”
Região “C”
Região “B”
Região “D”
300µm), resultando em densidade de corrente de 1,2x10-8A/cm2 compatível com a literatura
para diodos de silício (MARTINO; PAVANELLO; VERDONCK, 2003).
A segunda série de lâminas apresentou diodos com tensão de início de condução em
média igual a 0,55V. A figura 82 apresenta a curva típica do diodo diretamente polarizado.
Figura 82- Curva típica do diodo diretamente polarizado (segunda série de lâminas).
A segunda série de lâminas apresentou a média do fator de idealidade em 1,19 com
desvio padrão de ±0,03. A figura 83 apresenta a curva típica do logaritmo natural da corrente
com o diodo diretamente polarizado em função da tensão aplicada no diodo.
119
Figura 83- Gráfico típico do logaritmo da corrente direta em função da tensão direta, mostrando o comportamento típico nos diodos (segunda série de lâminas).
A média da corrente de saturação dos diodos da segunda série de lâminas é de
aproximadamente 1,9x10-11A (diodos quadrados 300µm x 300µm), correspondendo à
densidade de 2,1x10-8A/cm2 que é compatível com a literatura (MARTINO; PAVANELLO;
VERDONCK, 2003).
Ao comparar os resultados das duas séries de lâminas, pode-se observar que a
primeira série de lâminas (deposição de nitreto de silício Si3N4 com posterior processo
litográfico para definição da região ativa, com formação do siliceto a 600°C por 120s.)
apresentou melhores resultados (menor densidade de corrente de saturação, o que possibilitou
menor corrente de fuga; além de o fator de idealidade mais próximo de 1) que a segunda série
de lâminas (oxidação úmida para crescimento da região passiva com posterior processo
1,00E-12
1,00E-11
1,00E-10
1,00E-09
1,00E-08
1,00E-07
1,00E-06
1,00E-05
1,00E-04
1,00E-03
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+00
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Tensão direta no diodo (V)
ln(I
D)
Região “a”
Região “b”
Região “c”
Região “d”
100
10-1
10-2
10-3
10-4
10-5
10-6
10-7
10-8
10-9
10-10
10-11
10-12
120
0,00E+005,00E+001,00E+011,50E+012,00E+012,50E+013,00E+013,50E+01
5,00
E-01
5,71
E-01
6,67
E-01
8,00
E-01
1,00
E+00
1,33
E+00
2,00
E+00
4,00
E+00
35302520151050
0 20
4,7Ω em 0,5A-1
Res
istê
ncia
dif
eren
cial
tota
l (Ω
)
Inverso da corrente (Amperes)-1
litográfico para definição da região ativa, com formação do siliceto a 750°C por 120s.);
contudo, ambos os processos permitiram a obtenção de diodos com boa qualidade.
6.5.3 Resistência série na condução
A primeira série de lâminas apresentou em média a resistência série de 4,7Ω com
desvio padrão de ±1,3Ω. A determinação da resistência série foi realizada através de um
gráfico linear da resistência diferencial total em função do inverso da corrente direta no diodo,
cuja intersecção com o eixo das ordenadas fornece o valor da resistência série (ANDRADE,
1966), conforme pode ser observado na figura 84, que representa um gráfico do
comportamento típico dos diodos da primeira série de lâminas (diodos quadrados 300µm x
300µm). A resistência diferencial é medida entre dois pontos na curva da corrente direta em
função da tensão direta aplicada no diodo (MULVEY, 1969).
Figura 84- Gráfico típico da resistência diferencial total em função do inverso da corrente, mostrando o comportamento típico nos diodos quadrados 300µm x 300µm (primeira série de lâminas).
Quanto maiores forem as correntes utilizadas para a obtenção da resistência
diferencial total, mais preciso será o valor da resistência série, pois foi observado que o valor
tende a convergir. Para baixas correntes (alguns mA), não é possível obter verdadeiras curvas
121
0,00E+005,00E+001,00E+011,50E+012,00E+012,50E+01
5,00
E-01
5,71
E-01
6,67
E-01
8,00
E-01
1,00
E+00
1,33
E+00
2,00
E+00
4,00
E+00
2,1Ω em 0,5A-1
Inverso da corrente (Amperes)-1
25
20
15
10
5
0
Res
istê
ncia
dif
eren
cial
tota
l (Ω
)
0 20
que representem o comportamento da resistência diferencial total para extração da resistência
série, apesar de ser possível a extrapolação da curva até a origem, a precisão na determinação
da resistência série diminui. Foram utilizadas correntes elétricas de até 2 Amperes (0,5A-1 no
gráfico) para convergir o valor da resistência.
A segunda série de lâminas apresentou em média a resistência série de 2,1Ω com
desvio padrão de ±0,5Ω, conforme pode ser observado na figura 85 que representa um gráfico
do comportamento típico dos diodos da segunda série de lâminas (diodos quadrados 300µm x
300µm).
Figura 85- Gráfico típico da resistência diferencial total em função do inverso da corrente, mostrando o comportamento típico nos diodos quadrados 300µm x 300µm (segunda série de lâminas).
Ao comparar os resultados das duas séries de lâminas, pode-se observar que a
primeira série de lâminas (deposição de nitreto de silício Si3N4 com posterior processo
litográfico para definição da região ativa, com formação do siliceto a 600°C por 120s.)
apresentou maior resistência série que a segunda série de lâminas (oxidação úmida para
crescimento da região passiva com posterior processo litográfico para definição da região
ativa, com formação do siliceto a 750°C por 120s.). A menor resistência série para os diodos
da segunda série de lâminas, juntamente com maiores valores de corrente de saturação (Io)
proporcionaram aos diodos da segunda série de lâminas, uma corrente elétrica direta
geralmente maior que os diodos da primeira série de lâminas, para a mesma polarização
direta, tensão elétrica de +1V. Contudo, ambos os processos permitiram a obtenção de diodos
122
com boa qualidade, pois a resistência série dos diodos, em todas as lâminas processadas, ficou
em média entre 2,1Ω a 4,7Ω, dentro da mesma ordem de grandeza de diodos encontrados na
literatura (ANDRADE, 1966; MEBRAHTU, 2005).
123
7 CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS FUTURAS
7.1 Conclusões
Neste trabalho foram construídos e caracterizados eletricamente contatos
Al/Ti/Ni(Pt)Si sobre junções rasas N+P com aproximadamente 0,2 µm de profundidade; o
mono-siliceto de níquel foi formado a partir da estrutura Ni(30nm)/Pt(1,5nm)/Si. Tanto a
técnica RBS quanto a XRD demonstraram a formação de filmes finos de mono-siliceto de
níquel com 4% de platina (Ni(Pt)Si) na temperatura de 600°C por 120 segundos, com a mais
baixa resistividade do filme, que ao ser medida pelo método de 4 pontas, apresentou a
resistividade do filme de 25µΩcm e a resistência de folha de 3,13 Ω/.
O comportamento elétrico final dos diodos obtidos no melhor processo (primeira série
de lâminas) foi adequado: a média da corrente reversa por unidade de área de 33,8nA/cm2
com desvio padrão de ±12,3 nA/cm2 e a média da corrente reversa por unidade de perímetro
de 654pA/cm com desvio padrão de ±229pA/cm para tensão reversa de -5V, a média da
resistência reversa dos diodos quadrados de 268,9GΩ com desvio padrão de ±97,7GΩ e a
média da resistência reversa dos diodos serpentina de 35,5GΩ com desvio padrão de
±11,5GΩ. A tensão de início de condução resultou entre 0,55V e 0,56V, a média da
resistência série de 4,7Ω com desvio padrão de ±1,3Ω, a média do fator de idealidade obtido
de 1,15 com desvio padrão de ±0,03, e corrente de saturação de 1,1x10-11A para diodos
quadrados 300µm x 300µm.
As estruturas Kelvin apresentaram a média da resistividade de contato de 15,0µΩ.cm2
com desvio padrão de ± 3,3µΩ.cm2 e comportamento ôhmico estável para diversos níveis de
corrente. Após uma extensa análise sobre modelagem de contato, foi elaborado um programa
124
computacional desenvolvido em MATLAB, baseado em um método bem conhecido, isto é,
uma malha de resistores tridimensional, que analisa os efeitos do fenômeno de concentração
das linhas de corrente lateral no contato. Este programa foi aplicado em contatos com mono-
siliceto de níquel com 4% de Platina, onde foram observadas reduções de até 32% na
resistividade real do contato.
7.2 Perspectivas futuras
Como continuação do presente trabalho, são propostos os seguintes estudos:
a) Análise da interação entre o alumínio e o titânio em diversas temperaturas de
sinterização a fim de otimizar a estrutura de contato Al/Ti/NiSi.
b) Emprego de materiais (além da platina) para melhorar a estabilidade térmica na
formação do mono-siliceto de níquel (NiSi).
c) Análise do NiSi com adição de Pt na construção e caracterização elétrica de
transistores MOS.
d) Análise de capacitância-tensão para diodos e capacitores com contatos Al/Ti/NiSi.
125
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130
APÊNDICE A – PROGRAMA
INTERACOES=0;
LIMITACAO=0;
ULTIMONO=0;
SAIDA=0;
GRAFICO=0;
DESENHO=0;
TERRATENSAO=0;
LD = input('Qual a largura da regiao de difusao [um]: ');
CD = input('Qual o comprimento da regiao de difusao [um]: ');
LC = input('Qual a largura da regiao de contato [um]: ');
CC = input('Qual o comprimento da regiao de contato [um]: ');
LB = input('Qual a largura da trilha para a regiao de difusao [um]: ');
CB = input('Qual o comprimento da trilha para a regiao de difusao [um]: ');
DELTAX = input('Qual a distancia entre os nos [um]: ');
RSH = input('Qual o valor de Rsh [Ohms/°]: ');
RSK = input('Qual o valor de Rsk [Ohms/°]: ');
CORRENTE = input('Qual o valor da corrente aplicada [mA]: ');
TENSAO = input('Qual o valor da tensao sobre a regiao de contato [mV]: ');
if isempty(LD) | isempty(CD) | isempty(LC) | isempty(CC) | isempty(LB) | isempty(CB) | isempty(DELTAX) |
isempty(RSH) | isempty(RSK) | isempty(TENSAO) | isempty(CORRENTE)
disp (' ');
disp (' ***************************************************************');
disp (' ***************************************************************');
disp (' ********************** C U I D A D O ************************');
disp (' ***************************************************************');
disp (' ***************************************************************');
disp (' *** ***');
disp (' *** Insira todos os dados solicitados !! ***');
disp (' *** ***');
disp (' ***************************************************************');
disp (' ***************************************************************');
disp (' *** E S C O L A P O L I T E C N I C A ***');
disp (' *** U N I V E R S I D A D E D E S A O P A U L O ***');
disp (' ***************************************************************');
disp (' ***************************************************************');
disp (' ');
else
LD = LD*(1e-4);
131
CD = CD*(1e-4);
LC = LC*(1e-4);
CC = CC*(1e-4);
LB = LB*(1e-4);
CB = CB*(1e-4);
DELTAX = DELTAX*(1e-4);
TENSAO = TENSAO*(1e-3);
CORRENTE= CORRENTE*(1e-3);
ROC=(TENSAO/CORRENTE)*(LC*CC); format short
R1=RSH/2;
R2=RSK/2;
R3=ROC/((DELTAX)^2);
G1=1/R1;
G2=1/R2;
G3=1/R3;
GEQ=(G1*G2)/(G1+G2);
NLD = LD/DELTAX;
NLD = roundn(NLD,0);
NCD = CD/DELTAX;
NCD = roundn(NCD,0);
NLC = LC/DELTAX;
NLC = roundn(NLC,0);
NCC = CC/DELTAX;
NCC = roundn(NCC,0);
NLB = LB/DELTAX;
NLB = roundn(NLB,0);
NCB = CB/DELTAX;
NCB = roundn(NCB,0);
LIMITACAO=(NCD*NLD)+(NCB*NLB);
if LIMITACAO <= 4000
disp (' ');
disp (' ********************************************************************');
disp (' ********************************************************************');
disp (' ************************* A G U A R D E *************************');
disp (' ********************************************************************');
disp (' ********************************************************************');
DIFUSAO= zeros(NCD,NLD);
NUMERODEPONTOSNADIFUSAO=NCD*NLD;
VARNLD=0;
VARNCD=1;
132
for VARIAVEL=1:NUMERODEPONTOSNADIFUSAO
VARNLD=VARNLD+1;
DIFUSAO(VARNCD,VARNLD)=VARIAVEL;
if (VARNLD)>=NLD
VARNCD=VARNCD+1;
VARNLD=0;
end
end
VARIAVELANTERIOR=VARIAVEL+1;
REAJUSTEDALARGURADOBRACO = 0;
BRACO= zeros(NCB,NLD);
NUMERODEPONTOSNOBRACO=((NCB*NLB)+(VARIAVELANTERIOR-1));
VARNLB=((NLD-NLB)/2);
VARNLBAR= roundn(VARNLB,0);
SIMETRIA=(VARNLBAR+1)-(NLD-NLB-VARNLBAR+1);
if SIMETRIA ~=0
DIFERENCA=(LB/DELTAX) - NLB ;
if DIFERENCA < 0
NLB=NLB-1;
NUMERODEPONTOSNOBRACO=((NCB*NLB)+(VARIAVELANTERIOR-1));
end
if DIFERENCA >= 0
VARNLBAR=VARNLBAR-1;
NLB=NLB+1;
NUMERODEPONTOSNOBRACO=((NCB*NLB)+(VARIAVELANTERIOR-1));
end
REAJUSTEDALARGURADOBRACO=NLB;
end
VARNLBINICIO=VARNLBAR;
VARNCB=1;
for VARIAVEL=VARIAVELANTERIOR:NUMERODEPONTOSNOBRACO
VARNLBAR=VARNLBAR+1;
BRACO(VARNCB,VARNLBAR)=VARIAVEL;
if (VARNLBAR)>=(VARNLBINICIO+NLB)
VARNCB=VARNCB+1;
VARNLBAR=VARNLBINICIO;
end
end
ULTIMONO=NUMERODEPONTOSNOBRACO;
LIMITACAO = ULTIMONO;
133
REAJUSTEDALARGURADOCONTATO=0;
REAJUSTEDOCOMPRIMENTODOCONTATO=0;
CONTATO = ones(NCD,NLD);
VARNLC=((NLD-NLC)/2)+1;
VARNLCAR=roundn(VARNLC,0);
VARNCC=((NCD-NCC)/2)+1;
VARNCCAR=roundn(VARNCC,0);
SIMETRIAL=NLD-(VARNLCAR-1)-NLC-(VARNLCAR-1);
if SIMETRIAL ~= 0
DIFERECAL=(LC/DELTAX)-NLC;
if DIFERECAL >= 0
VARNLCAR=VARNLCAR-1;
NLC=NLC+1;
end
if DIFERECAL < 0
NLC=NLC-1;
end
REAJUSTEDALARGURADOCONTATO=NLC;
end
SIMETRIAC=NCD-(VARNCCAR-1)-NCC-(VARNCCAR-1);
if SIMETRIAC ~= 0
DIFERECAC=(CC/DELTAX)-NCC;
if DIFERECAC >= 0
VARNCCAR=VARNCCAR-1;
NCC=NCC+1;
end
if DIFERECAC < 0
NCC=NCC-1;
end
REAJUSTEDOCOMPRIMENTODOCONTATO=NCC;
end
VARNLCARINICIO=VARNLCAR;
VARNCCARINICIO=VARNCCAR;
PRIMEIRACOLUNADOCONTATO=VARNLCAR;
NUMERODEPONTOSNOCONTATO=(NCC*NLC);
for INCREMENTO=1:NUMERODEPONTOSNOCONTATO
CONTATO(VARNCCAR,VARNLCAR) = -1;
VARNLCAR=VARNLCAR+1;
if VARNLCAR >=(VARNLCARINICIO+NLC)
ULTIMACOLUNADOCONTATO=VARNLCAR-1;
134
VARNCCAR=VARNCCAR+1;
VARNLCAR=VARNLCARINICIO;
end
end
ULTIMALINHADOCONTATO=VARNCCAR-1;
LL=1;
QUADRADO = CONTATO.*DIFUSAO;
DESENHO = vertcat(QUADRADO,BRACO);
ROCFINAL=0;
ROCINICIAL=ROC;
DIFINTERACAO=ROCINICIAL-ROCFINAL;
while DIFINTERACAO > 0.000000001 | DIFINTERACAO < -0.000000001
ROCINICIAL=ROC;
R3=ROC/((DELTAX)^2);
G3=1/R3;
G=zeros(ULTIMONO,ULTIMONO);
NUMERODEPONTOSNADIFUSAO=NCD*NLD;
LINHAG=0;
LINHAD=1;
COLUNAD=1;
for LINHAD=1:(NCD+NCB)
for COLUNAD=1:NLD
LINHAG=LINHAG+1;
if DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VARLINHAD=LINHAD;
VARCOLUNAD=COLUNAD;
VARLINHAD=VARLINHAD-1;
if DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0
VALCOLG=abs(DESENHO(LINHAD,COLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G3;
end
if LINHAD==(NCD+NCB)
VALCOLG=abs(DESENHO(LINHAD,COLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=G(LINHAG,VALCOLG)-G1;
end
if VARLINHAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G1;
end
135
if VARLINHAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
if VARLINHAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G2;
end
if VARLINHAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
VARLINHAD=LINHAD;
VARCOLUNAD=COLUNAD;
VARCOLUNAD=VARCOLUNAD-1;
if VARCOLUNAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G1;
end
if VARCOLUNAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
if VARCOLUNAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G2;
end
if VARCOLUNAD>0 & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
VARLINHAD=LINHAD;
VARCOLUNAD=COLUNAD;
136
VARLINHAD=VARLINHAD+1;
if VARLINHAD<=(NCD+NCB) & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G1;
end
if VARLINHAD<=(NCD+NCB) & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
if VARLINHAD<=(NCD+NCB) & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G2;
end
if VARLINHAD<=(NCD+NCB) & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
VARLINHAD=LINHAD;
VARCOLUNAD=COLUNAD;
VARCOLUNAD=VARCOLUNAD+1;
if VARCOLUNAD<=NLD & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G1;
end
if VARCOLUNAD<=NLD & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)>0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
if VARCOLUNAD<=NLD & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-G2;
end
137
if VARCOLUNAD<=NLD & DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD)<0 &
DESENHO(LINHAD,COLUNAD)>0 & DESENHO(LINHAD,COLUNAD)~=0
VALCOLG=abs(DESENHO(VARLINHAD,VARCOLUNAD));
G(LINHAG,VALCOLG)=-GEQ;
end
else
LINHAG=LINHAG-1;
end
end
end
for TTT=1:ULTIMONO
G(TTT,TTT)=abs(sum(G(TTT,:)));
end
V=zeros(ULTIMONO,1);
I=zeros(ULTIMONO,1);
LINHAI=0;
LINHAD=1;
COLUNAD=1;
for LINHAD=1:(NCD+NCB)
for COLUNAD=1:NLD
LINHAI=LINHAI+1;
if DESENHO(LINHAD,COLUNAD)<0
I(LINHAI,1)=(G3*TENSAO);
end
end
end
V=G\I;
S1=1:ULTIMONO;
S2=S1'; format short g
SAIDA=[S2 V(:,[1])];
GRAFICO=zeros((NCD+NCB),NLD);
LINHADESENHO=0;
COLUNADESENHO=0;
for LINHADESENHO=1:(NCD+NCB)
for COLUNADESENHO=1:NLD
if DESENHO(LINHADESENHO,COLUNADESENHO)~=0
GRAFICO(LINHADESENHO,COLUNADESENHO)=SAIDA(abs(DESENHO(LINHADESENHO,COLUNA
DESENHO)),2);
end
end
138
end
LINHADOTERRANOGRAFICO=zeros(1,NLD);
LINHADOTERRANOGRAFICOZERADO=zeros(1,NLD);
LINHADESENHO=NCD+NCB;
for COLUNADESENHO=1:NLD
if DESENHO(LINHADESENHO,COLUNADESENHO)~=0
LINHADOTERRANOGRAFICO(1,COLUNADESENHO)=TERRATENSAO;
end
end
if INTERACOES == 0
DESENHO=vertcat(DESENHO,LINHADOTERRANOGRAFICOZERADO);
INTERACOES=INTERACOES+1;
end
GRAFICO=vertcat(GRAFICO,LINHADOTERRANOGRAFICO);
SAIDA=SAIDA.*cat(2,ones(LIMITACAO,1),ones(LIMITACAO,1)*LL);
MEDIRFRENTE=PRIMEIRACOLUNADOCONTATO;
SOMATORIA=0;
while MEDIRFRENTE <= ULTIMACOLUNADOCONTATO
SOMATORIA=SOMATORIA+GRAFICO(ULTIMALINHADOCONTATO,MEDIRFRENTE);
MEDIRFRENTE=MEDIRFRENTE+1;
end
MEDIA=SOMATORIA/(MEDIRFRENTE - PRIMEIRACOLUNADOCONTATO);
ROC=(MEDIA/CORRENTE)*(LC*CC);
ROCFINAL=ROC;
DIFINTERACAO=ROCINICIAL-ROCFINAL;
end
GRAFICO=GRAFICO*LL;
DESENHO
SAIDA
surf(GRAFICO);
if REAJUSTEDALARGURADOBRACO ~= 0
disp ('A largura da trilha foi redimensionada para [um]:');
LARGURA=(REAJUSTEDALARGURADOBRACO*DELTAX)*(1E+4)
end
if REAJUSTEDALARGURADOCONTATO ~= 0
disp ('A largura do contato foi redimensionada para [um]:');
LARGURA=(REAJUSTEDALARGURADOCONTATO*DELTAX)*(1E+4)
end
if REAJUSTEDOCOMPRIMENTODOCONTATO ~= 0
disp ('O comprimento do contato foi redimensionado para [um]:');
139
COMPRIMENTO=(REAJUSTEDOCOMPRIMENTODOCONTATO*DELTAX)*(1E+4)
end
RESISTIVIDADE=ROCFINAL
disp (' [ohms.cm2]');
else
disp (' ');
disp (' *****************************************************************');
disp (' *****************************************************************');
disp (' ************************ C U I D A D O ***************************');
disp (' *****************************************************************');
disp (' *****************************************************************');
disp (' *** ***');
disp (' *** Confira os valores digitados! ***');
disp (' *** ***');
disp (' *** Pois estes valores provocariam analises com mais de 4000 nos ***');
disp (' *** ***');
disp (' *** Uma sugestao e aumentar a distancia entre os nos!!! ***');
disp (' *** ***');
disp (' *****************************************************************');
disp (' *****************************************************************');
disp (' *** E S C O L A P O L I T E C N I C A ***');
disp (' *** U N I V E R S I D A D E D E S A O P A U L O ***');
disp (' *****************************************************************');
disp (' *****************************************************************');
disp (' ');
end
end
140
APÊNDICE B – AJUDA DO PROGRAMA
disp (' ******************** A J U D A - C O M A N D O S ***********************');
disp (' * Este programa permite analise de contatos com ate 4000 NOS *');
disp (' * *');
disp (' * DESENHO *');
disp (' * Permite ver todos os NOS que estao sendo analisados no programa. *');
disp (' * Cada NO possui um numero para melhor identificar a sua tensao: *');
disp (' * Os NOS positivos estao na trilha e na regiao de difusao; *');
disp (' * Os NOS negativos estao na regiao de contato; *');
disp (' * Os Pontos marcados com zero nao pertencem a regiao de analise. *');
disp (' * *');
disp (' * SAIDA *');
disp (' * Permite a verificacao da tensao em todos os NOS analisados. *');
disp (' * *');
disp (' * SAIDA(X,:) *');
disp (' * Permite a verificacao da tensao em um determinado NO. *');
disp (' * A variavel X deve ser substiuida pelo NO que se deseja analisar. *');
disp (' * *');
disp (' * surf(GRAFICO) *');
disp (' * Permite traçar o grafico de superficie das tensoes analisadas. *');
disp (' * *');
disp (' * ULTIMONO *');
disp (' * Permite verificar a quantidade de NOS analisados. *');
disp (' * *');
disp (' * LIMITACAO *');
disp (' * Caso o programa nao realize os calculos devido o alto numero de *');
disp (' * NOS, este comando permite ver qual e a quantidade de NOS. *');
disp (' *********************************************************************');
141
ANEXO A – FORMAÇÃO DO MONO-SILICETO DE NÍQUEL
O processo de formação do mono-siliceto de níquel com 4% de platina (Ni(Pt)Si) foi
analisado com as técnicas: Espectroscopia de retroespalhamento Rutherford RBS (Rutherford
Backscattering Spectroscopy), Difração de raios-X XRD (X-Ray Diffraction) e microscopia
de força atômica AFM (Atomic Force Microscopy) (REIS, 2004).
Análises RBS
As análises de RBS foram realizadas utilizando feixe de hélio (He+) com energia de
2,4 MeV. A figura 86 apresenta o espectro RBS juntamente com a simulação do programa
RUMP (DOOLITTLE, 1985; TABACNIKS, 2000) da estrutura Ni/Pt/Si antes do recozimento
(30nm de Ni e 1,5nm de Pt).
Figura 86- Espectro RBS típico de um filme de Ni (30nm) / Pt (1,5nm) depositado sobre substrato de Si.
200 250 300 350 400 450Canal
0
5
10
15
20
25
30
1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2
Energia (Me V)
Ni/Pt/Si
Pt
Ni
Si
Ren
dim
ento
Nor
mal
izad
o
Simulation
Energia (MeV)
Ni/Pt/Si Simulação
142
A figura 87 apresenta o espectro RBS do filme de Ni/Pt antes do recozimento e após
um recozimento em 350ºC por 120 s., onde não ficou caracterizada uma apreciável formação
de siliceto de níquel, seguido de inter-difusão parcial da platina em direção à superfície.
Energia (MeV)
2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 Canal
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5
3 0 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0 2 . 2
350 ºC Ni/Pt/Si
Ren
dim
ento
Nor
mal
izad
o
Si
Ni
Pt
Figura 87- Espectro RBS do filme de Ni/Pt/Si antes do recozimento e após um recozimento em 350ºC por 120 s, respectivamente.
A figura 88 apresenta os espectros RBS das amostras recozidas em 400ºC, 450ºC e
500ºC, na qual é possível verificar o comportamento muito semelhante para as três curvas. As
simulações nessas temperaturas resultaram na formação de NiSi com 4% de platina ao longo
do siliceto (Ni(Pt)Si).
Energia (MeV) R
endi
men
to N
orm
aliz
ado
Canal
Ni/Pt/Si 350 °C
Inter-difusão de Pt para a superfície
143
2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0
Canal
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2 . 0 2 . 2
Energia (MeV)
400 ºC 450 ºC 500 ºC
Ren
dim
ento
Nor
mal
izad
o
Si
Ni
Pt
Figura 88- Espectro RBS dos filmes de Ni(Pt)Si obtidos após recozimento em 400ºC, 450ºC e 500ºC por 120 s, respectivamente.
Os espectros das amostras recozidas em 600°C e 700°C também apresentaram
comportamento muito semelhante. A figura 89 apresenta o espectro RBS obtido em 700ºC,
juntamente com uma simulação por meio do programa RUMP que revelou a formação de
80nm de NiSi com 4% de platina distribuída ao longo do siliceto (Ni(Pt)Si).
Figura 89- Espectro de uma simulação com o programa RUMP e o espectro RBS da amostra obtida em 700ºC.
Energia (MeV)
Ren
dim
ento
Nor
mal
izad
o
Canal
400°C 450°C 500°C
2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 00 45 0
Canal
0
5
1 0
1 5
2 0 1.2 1 .4 1 . 6 1 .8 2 .0 2 .2
Energia (MeV)
Simulation 700º
Ni
Pt
Si
Ren
dim
ento
Nor
mal
izad
o
700°C Simulação
144
A figura 90 apresenta o espectro RBS da amostra recozida em 800ºC, onde o NiSi foi
encontrado juntamente com o começo da transição do mono-siliceto de níquel para o di-
siliceto de níquel. A espessura encontrada foi de 80nm de Ni(Pt)Si.
Figura 90- Espectro RBS do filme de Ni(Pt)Si obtido após recozimento em 800ºC juntamente com a simulação no programa RUMP.
A tabela 12 apresenta sumariamente as espessuras e estequiometrias obtidas nessas
análises.
Tabela 12- Espessuras e estequiometrias dos filmes de siliceto de níquel com platina obtidas através de simulações dos espectros RBS no programa RUMP.
Temperatura Espessura do siliceto Estequiometria (NixSiy) Porcentagem de Pt
(em peso) 400ºC 78 nm 1 : 1 4 %
450ºC 79 nm 1 : 1 4 %
500ºC 80 nm 1 : 1 4 %
600ºC 80 nm 1 : 1 4 %
700ºC 80 nm 1 : 1 4 %
800ºC 80 nm 1 : 1 4 %
Canal
Energia (MeV)
Simulation 800ºC
Pt
Ni
Si
Ren
dim
ento
Nor
mal
izad
o
800°C Simulação
1,0 1,5 2,0
150 200 250 300 350 400 450
20
15
10
5
0
145
Análises XRD
A melhoria da estabilidade térmica do mono-siliceto de níquel com a aplicação de
uma fina camada interfacial de platina entre o níquel e o silício, reportada na literatura e
verificada nas análises RBS, também ficou caracterizada nas análises de XRD.
A figura 91 apresenta o espectro XRD de uma amostra recozida em 350 ºC por 120 s.
onde o mono-siliceto de níquel (NiSi) não foi encontrado. Somente fases ricas em Ni foram
detectadas juntas ao Si. O mono-siliceto de níquel foi formado em temperaturas a partir de
400 ºC até 600 ºC como mostram os espectros da figura 92 (a), (b) e (c).
20 40 60 80
0
50
100
150
200
250
300
Ni 3S
i
Si (
400)
Si (4
00)
kβ
Ni 3S
i (22
0)Ni 3S
i 2 (33
0)
Ângulo (2θ)
350 ºC
Inte
nsid
ade
Figura 91- Difratograma XRD da formação de siliceto de níquel com platina obtida por RTP com tempo de 120 s. em 350 ºC.
146
20 30 40 50 60 70 80
0
5
10
15
20
25
30
(a) Si (
400)
NiS
i (00
2)
NiS
i (20
1)400 ºC
Inte
nsid
ade
Ângulo (2θ)
20 30 40 50 60 70 80
0
50
100
150
200
(b) Si (
400)
Si (
400)
NiS
i (00
2)
500 ºC
Inte
nsid
ade
Ângulo (2θ)
20 30 40 50 60 70 80
0
20
40
60
80
(c) Si (
400)
NiS
i (00
2)
NiS
i (11
1)
NiS
i (20
1)
NiS
i (21
1)
600 ºC
Inte
nsid
ade
Ângulo (2θ)
Figura 92- Difratogramas XRD de amostras de siliceto de níquel com platina obtidas por RTP com tempo de 120 s. em: (a) 400ºC, (b) 500ºC e (c) 600ºC.
(a)
(b)
(c)
147
Análises AFM
A técnica de microscopia de força atômica (AFM) também foi utilizada para
caracterizar a superfície dos filmes de mono-siliceto de níquel obtidos através do recozimento
térmico da estrutura Ni/Pt/Si. A tabela 13 sumariza os valores de rugosidade obtidos.
Tabela 13- Valores de micro-rugosidade média (Ra), vale-pico (RVP) e RMS (RRMS) superficiais dos silicetos formados em diversas temperaturas e também da superfície inicial (Ni/Pt/Si).
RRMS (nm) Ra (nm) RVP (nm)
350 ºC 1,78 1,37 23,23
400 ºC 1,41 1,09 17,00
450 ºC 1,29 1,02 10,32
500 ºC 1,12 0,88 10,48
600 ºC 1,12 0,89 8,52
Ni/Pt/Si 0,53 0,31 7,16
Esses valores revelam que a partir do filme original de Ni/Pt/Si, qualquer etapa de
recozimento proporciona um aumento na rugosidade superficial. Por outro lado, quanto maior
a temperatura de recozimento, menor a rugosidade. A figura 93 possibilita ver a evolução da
rugosidade superficial em imagens 3-D de 1µm x 1µm da superfície das amostras recozidas
em 400 ºC e 500 ºC e também da superfície do níquel antes do recozimento.
148
Figura 93- Imagens AFM em 3D da (a) superfície do níquel antes do recozimento, (b) após recozimento em 400ºC e (c) após recozimento em 500ºC.
Ni/Pt/Si antes do recozimento
400°C 500°C
(a)
(b) (c)
![Junções celulares[1]](https://img.document.onl/doc/110x75/5572027d4979599169a39d66/juncoes-celulares1.jpg)
