{"id":205,"date":"2011-05-17T15:59:45","date_gmt":"2011-05-17T13:59:45","guid":{"rendered":"https:\/\/webs.uab.cat\/redec\/caracteritzacion-escala-nanometrica-de-las-propiedades-electricas-y-la-fiabilidad-de-disposi\/"},"modified":"2011-05-17T15:59:45","modified_gmt":"2011-05-17T13:59:45","slug":"caracteritzacion-escala-nanometrica-de-las-propiedades-electricas-y-la-fiabilidad-de-disposi","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/webs.uab.cat\/redec\/es\/caracteritzacion-escala-nanometrica-de-las-propiedades-electricas-y-la-fiabilidad-de-disposi\/","title":{"rendered":"Caracteritzaci\u00f3n a escala nanom\u00e9trica de las propiedades el\u00e9ctricas y la fiabilidad de dispositivos electr\u00f3nicos"},"content":{"rendered":"

A medida que las dimensiones de los dispositivos MOS han ido reduci\u00e9ndose, aumenta la importancia de las variaciones locales de las propiedades el\u00e9ctricas del dispositivo en su comportamiento global, variaciones que son indetectables mediante las t\u00e9cnicas de caracterizaci\u00f3n convencionales. As\u00ed, se hace necesaria la utilizaci\u00f3n de t\u00e9cnicas capaces de llevar a cabo una caracterizaci\u00f3n a escala nanom\u00e9trica, como, por ejemplo, las microscop\u00edas de barrido con sonda local (SPM, Scanning Probe Microscopy). Entre estas t\u00e9cnicas, aquellas relacionadas con la Microscop\u00eda de Fuerzas At\u00f3micas (AFM) se est\u00e1n utilizando cada vez con m\u00e1s frecuencia para el estudio de los dispositivos nanoelectr\u00f3nicos.<\/p>\n

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REDEC <\/strong>ha utilizado la Microscop\u00eda de Fuerzas At\u00f3micas con Punta Conductora (CAFM, Conductive Atomic Force Microscope) y otras t\u00e9cnicas afines al AFM para el estudio de las propiedades el\u00e9ctricas de memorias basadas en nanocristales de Si en una matriz de SiO2 y de la fiabilidad de capas ultra-delgadas de SiO2 sometidas a estreses el\u00e9ctricos o a procesos de irradiaci\u00f3n e implantaci\u00f3n i\u00f3nica, a escala nanom\u00e9trica. M\u00e1s recientemente, el uso de estas t\u00e9cnicas se ha extendido a dispositivos basados en diel\u00e9ctricos high-k, analizando tanto el efecto en sus propiedades el\u00e9ctricas a escala local de diferentes alternativas tecnol\u00f3gicas como su fiabilidad.<\/p>\n

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ALGUNOS RESULTADOS<\/em><\/strong><\/span><\/p>\n


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Mejoras del set-up y de las medidas CAFM<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Desarrollo del ECAFM y log-CAFM. <\/strong>Se han desarrollado dos nuevos prototipos de CAFM con prestaciones el\u00e9ctricas mejoradas que permiten superar las limitaciones del CAFM est\u00e1ndar cuando debe ser utilizado para estudios de fiabilidad. Los prototipos son el ECAFM (Enhanced CAFM), que consisten en conectar un analizador de par\u00e1metros de semiconductores con sus SMUs correspondientes a un AFM est\u00e1ndar y el log-CAFM, que consiste en un CAFM convencional en el cual se ha implementado un convertidor I-V logar\u00edtmico de bajo ruido. Ambas t\u00e9cnicas se han aplicado al estudio de la fiabilidad del SiO2 y dispositivos basados en high-k.<\/p>\n

\"Corbes<\/span><\/p>\n

Curvas I-V medidas con el ECAFM en el mismo punto de un stack basado en una bicapa de HfO2\/SiO2. La segunda curva, en naranja, indica la ruptura del stack.<\/span><\/p>\n

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Medidas CAFM en ambiente controlado<\/strong>. Se ha demostrado que la calidad y reproducibilidad de las medidas CAFM de diel\u00e9ctricos de puerta se ve claramente aumentada cuando se realizan en un ambiente controlado (vac\u00edo o N2).<\/p>\n

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Dispositivos basados en SiO2<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

La ruptura del SiO2 a la nanoescala. <\/strong>Se ha evaluado el impacto del l\u00edmite de corriente en la conducci\u00f3n de post-ruptura, el da\u00f1ado estructural y la propagaci\u00f3n del spot de ruptura. Se ha observado que cuando se impone un l\u00edmite de corriente durante el estr\u00e9s, la ruptura es menos severa. No obstante, la zona de \u00f3xido no afectada se encuentra en un estado metaestable que acaba sufriendo la ruptura en el momento en que las condiciones de estr\u00e9s cambian.<\/p>\n

Caracterizaci\u00f3n el\u00e9ctrica de capas de SiO2 irradiadas. <\/strong>Se han utilizado diferentes t\u00e9cnicas AFM para analizar las propiedades el\u00e9ctricas de \u00f3xidos de puerta irradiados con iones pesados. Se ha demostrado que s\u00f3lo ~ 1-2% de los iones generan un camino percolativo, asociado a un evento de ruptura suave (soft-Breakdown, SBD). El resto de iones debilitan el \u00f3xido dando lugar a spots localmente d\u00e9biles que se han asociado a la RILC.<\/p>\n

Caracterizaci\u00f3n el\u00e9ctrica de capas de SiO2 implantadas.<\/strong> Se ha utilizado un CAFM, SCM y KPFM para estudiar cualitativamente y comparar el impacto de la implantaci\u00f3n e irradiaci\u00f3n en capas de SiO2 a diferentes energ\u00edas. Los resultados demuestran que con el CAFM es posible detectar diferencias en el caso de los iones implandos a distintas energ\u00edas. Cuanto m\u00e1s alta es la energ\u00eda, m\u00e1s grande es el n\u00famero de spots d\u00e9biles generados. No obstante, s\u00f3lo iones muy energ\u00e9ticos (radiaci\u00f3n) son capaces de generar spots de ruptura.<\/p>\n

Memorias basadas en Si-nc.<\/strong> El C-AFM ha demostrado ser una herramienta muy potente para investigar dispositivos de memoria basados en nanocristales de Silicio (Si-nc) a escala nanom\u00e9trica. Se ha observado que a campos bajos aparece un exceso de corriente asociada a corriente t\u00fanel asistida por los nanocristales. Tambi\u00e9n se ha determinado la cantidad de carga atrapada en los nanocristales y su tiempo de retenci\u00f3n, obteniendo unos resultados compatibles con los obtenidos mediante t\u00e9cnicas de caracterizaci\u00f3n est\u00e1ndar.<\/p>\n

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\"Imatge<\/span><\/p>\n

Imagen de corriente de un spot de ruptura pr\u00e9viamente roto con la punta del CAFM en una capa de SiO2.<\/span><\/p>\n

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Dispositivos basados en diel\u00e9ctricos high-k<\/span><\/span><\/span><\/p>\n

Efectos del recocido y composici\u00f3n en las propiedades el\u00e9ctricas de diel\u00e9ctricos high-k.<\/strong> Se ha estudiado como la cristalizaci\u00f3n y la difusi\u00f3n de Si desdel substrato (que depende de la temperatura de recocido) afectan a la conducci\u00f3n el\u00e9ctrica de diel\u00e9ctricos basados en Hf y a su homogeneidad. Tambi\u00e9n se ha analizado el impacto de distintas composiciones. Se ha observado que un aumento de la temperatura de recocido y de la concentraci\u00f3n de Hf reduce la conductividad del diel\u00e9ctrico.<\/p>\n

Fiabilidad de diel\u00e9ctricos high-k. <\/strong>Se ha observado que, a campos bajos, el estr\u00e9s el\u00e9ctrico provoca la captura\/emission de cargas en las trampas (nativas o generadas por el estr\u00e9s) de la capa de HfO2, mientras que a campos altos se degrada tanto la capa de HfO2 como la capa interficial de SiO2. Si el campo el\u00e9ctrico aplicado es suficientemente alto, se induce la ruptura diel\u00e9ctrica, la cual est\u00e1 controlada b\u00e1sicamente por la capa de SiO2.<\/p>\n

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PUBLICACIONES RELEVANTES<\/em><\/strong><\/span><\/p>\n

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