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CAPACITOR MOS COM SUBSTRATO TIPO-P. DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P. CAPACITOR IDEAL • INEXISTÊNCIA DE CARGAS • METAL = SEMICONDUTOR. CURVAS CAPACITÂNCIAxTENSÃO (CxV). SUBSTRATO TIPO - P. SUBSTRATO TIPO - N.
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DIAGRAMA DE BANDAS DE ENERGIA ESTRUTURA MOS COM SUBSTRATO TIPO-P CAPACITOR IDEAL • INEXISTÊNCIA DE CARGAS • METAL= SEMICONDUTOR
CURVAS CAPACITÂNCIAxTENSÃO (CxV) SUBSTRATO TIPO - P SUBSTRATO TIPO - N
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações:
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas);
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia);
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários);
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)VG>>0 - ys=yf - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons);
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)VG>>0 - ys=yf - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)VG>>>0 - 2yf>ys>yf - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas);
Análise qualitativa das características C-V de um capacitor MOS ideal com substrato tipo-p Na superfície do semicondutor podem ocorrer seis situações: 1)VG<<0 - ys<<0 - acumulação de portadores majoritários (lacunas); 2)VG=0 - ys=0 - condição de banda plana (não há encurvamento das bandas de energia); 3)VG>0 - yf>ys>0 - formação da camada de depleção de lacunas (portadores majoritários); 4)VG>>0 - ys=yf - condição de superfície intrínseca, ou seja, superfície do semicondutor com concentração de portadores majoritários (lacunas) igual a de minoritários (elétrons); 5)VG>>>0 - 2yf>ys>yf - condição de inversão fraca - concentração de portadores minoritários (elétrons) maior que a de majoritários (lacunas); 6)VG>>>>0 - ys>2yf - condição de inversão forte - concentração de elétrons muito maior que a de lacunas;
ACUMULAÇÃO Cmax = Cox = (eo.eox.A)/tox
Wd = [(2.esi.ys)/(q.NA,D)]1/2 DEPLEÇÃO CD = SiA/Wd COX CD CT = COXCD/(COX +CD)
INVERSÃO CMIN = COXCDMAX/(COX +CDMAX) COX CDMAX
MEDIDA CxV - DEPENDÊNCIA COM A FREQUÊNCIA • BAIXA FREQUÊNCIA 5-100Hz • inversão: • Tsinal AC>>tempo resposta • minoritários; • geração de pares elétron-lacuna; • compensa o sinal aplicado; • CT = Cóxido • ALTA FREQUÊNCIA > 1kHz • acumulação/depleção: alta Conc.MAJORITÁRIOS respondem ao sinal AC; • inversão: capacitância depende da resposta dos minoritários; • alta frequência: atraso dos minoritários em relação ao sinal AC; • minoritários não são gerados em alta concentração • para compensar o sinal AC; • CMIN = COXCDMAX/(COX +CDMAX)
MOS real: há cargas no óxido Deslocamento da curva C-V IDEAL e REAL VG = Vox + fMS + ys (a) Para um capacitor MOS ideal: VG = ys , pois Vox = 0 e fMS = 0. Para VG = Vfb (banda plana); ys = 0, portanto, Vfb = 0 (b) Para um capacitor MOS real: Vox = Qo .A/Cox Para condição de banda plana: ys = 0; VG = Vfb = fMS +Qo .A/Cox Qo = [ MS - Vfb ].Cox/A
Presença no óxido ou na interface óxido/semicondutor ajuda a • diminuir a integridade do filme isolante e aumenta a instabilidade do • comportamento dos dispositivos MOS, gera ruídos, aumenta as correntes • de fuga das junções e da superfície, diminui a tensão de ruptura dielétrica, • altera o potencial de superfície s, afeta a tensão de limiar Vt. • Níveis aceitáveis de densidade de carga efetiva no óxido em • circuitos ULSI são da ordem de 1010 cm-2.
1010 a 1012 cm-2 Qm - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) • íons dos metais alcalinos Na+, K+ e Li+ e íons H+ e H3O+. INCORPORAÇÃO ETAPAS DE PROCESSO MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO CARACTERÍSTICA
1010 a 1012 cm-2 Qm - CARGAS MÓVEIS (+ ou -) • íons dos metais alcalinos Na+, K+ e Li+ e íons H+ e H3O+. ETAPAS DE PROCESSO EM AMBIENTES COM ESTES CONTAMINANTES INCORPORAÇÃO MOBILIDADE SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO CARACTERÍSTICA 109 a 1013 cm-2 Qot - CARGAS CAPTURADAS NO ÓXIDO (+ ou -) DEFEITOS NA ESTRUTURA DO ÓXIDO ETAPAS DE PROCESSO COM RADIAÇÃO IONIZANTE INCORPORAÇÃO ELÉTRONS E LACUNAS CAPTURADOS EM POÇOS DE POTENCIAIS (DEFEITOS NA ESTRUTURA) CARACTERÍSTICA
1010 a 1012 cm-2 Qf - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO SiOX INCORPORAÇÃO DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Qf(100) < Qf(111) CARACTERÍSTICA ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE
1010 a 1012 cm-2 Qf - CARGAS FIXAS NO ÓXIDO (+ ) IONIZAÇÃO DO ÁTOMO DE O LIGADO A UM SÓ TETRAEDRO SiOX INCORPORAÇÃO DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALINA Qf(100) < Qf(111) CARACTERÍSTICA ESTADOS LENTOS: SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO RESPONDEM MUITO LENTAMENTE 1010 eV-1 cm-2 Qit - CARGAS CAPTURADAS NA INTERFACE • DEFORMAÇÃO ABRUPTA DA ESTRUTURA DO Si • LIGAÇÃO INSATURADA • IMPUREZAS METÁLICAS INCORPORAÇÃO APARECIMENTO DE ESTADOS QUÂNTICOS NA BANDA PROIBIDA CARACTERÍSTICA ESTADOS RÁPIDOS: TEMPO DE RESPOSTA DE s SOB AÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO
TRATAMENTO DAS CARGAS • LIMPEZA DOS TUBOS COM Cl • OXIDAÇÃO COM Cl • LIMPEZA DE LÂMINAS Qm • TRATAMENTO TÉRMICO A 450ºC • EM FORMING-GAS (N2 E H2) Qot • TRATAMENTO TÉRMICO EM • ALTA TEMPERATURA EM N2 Qf • TRATAMENTO TÉRMICO A 450ºC • EM FORMING-GAS (N2 E H2) Qit
