Stress characterization of strained silicon nanostructures by Raman spectroscopy

Autor(es)

Lucas Barroso Spejo

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Imprenta: Campinas, SP.
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
• Data de defesa: 2020-03-12

Membros da banca

José Alexandre Diniz; Ricardo Cotrin Teixeira; Leandro Tiago Manêra

• Orientador: Marcos Vinicius Puydinger dos Santos; José Alexandre Diniz

Resumo

A engenharia de silício tensionado provou ser uma tecnologia de sucesso para manter a lei de Moore e apresenta um grande potencial para o seu uso em nós tecnológicos altamente estressados e ainda menores na microeletrônica do futuro. Essa tarefa demanda o uso de técnicas de caracterização do estresse mecânico para o desenvolvimento e pesquisa em semicondutores. Uma potencial ferramenta de caracterização que permite a medição do estresse no silício de forma quantitativa é a espectroscopia Raman. Esse método de caracterização consiste em uma técnica não destrutiva e bem estabelecida que permite a caracterização do estresse com uma resolução espacial abaixo de 1 ?m e não requer procedimentos complexos de preparação da amostra. Contudo, estudos sobre o comportamento do deslocamento Raman em estruturas altamente tensionadas (tensão maior que 2 GPa) com dimensão crítica menor que 100 nm são escassos na literatura, sendo um gargalo para o uso de medidas Raman de forma sistemática em dispositivos tecnológicos futuros. Aqui, foi investigado o comportamento do estresse em função do deslocamento Raman da superfície de silício (001) de nanofios suspensos ultra finos (15 nm de espessura) e altamente tensionados com estresses na faixa de 0 ¿ 6.3 Gpa ao longo da direção cristalográfica [110]. O uso de nanofios ultrafinos como plataforma de estudo , ao longo da direção cristalográfica [110], permitiu a investigação sistemática de um bloco essencial que pode estar presente nos canais de transistores nMOS futuros. Alêm disso, essa plataforma suspensa atingiu valores de tensão ultra altos (até 6.3GPa) sem atuadores externos, permitindo pela primeira vez o estudo sistemático do comportamento da espectrocopia Raman em nanofios altamente tensionados. Os estresses foram medidos por simulações de elementos finitos (FEM) como forma de atingir uma grande precisão na caracterização da tensão. Então, medidas Raman experimentais foram realizadas seguidas de um protocolo de correção térmica para extrair o pico Raman corrigido livre de efeitos térmicos. O coeficiente de deslocamento do estresse (SSC) extraído, para baixa tensão (abaixo de 4.5 GPa), estava em boa concordância com alguns valores de SSC da literatura. Para maiores valores de tensão (maior que 4.5 GPa), demonstrou-se, pela primeira vez, que a relação linear deslocamento Raman - estresse não ocorre, requerendo uma correção empírica do modelo que está sendo proposta neste trabalho. Esses resultados demonstram a viabilidade da técnica Raman para caracterização do estresse de nanofios de silício ultrafinos, no qual deve ser útil para caracterizar nanodispositivos de silício tensionado para nós tecnológicos abaixo dos 100 nm sujeitos a uma faixa ampla de tensão, contribuindo para um tópico importante na indústria de semicondutores (AU)

• Processo FAPESP: 18/02598-4 - Piezoresistência gigante e mobilidade elétrica de portadores em nanofios de silício ultra-tensionados
• Beneficiário: Lucas Barroso Spejo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado