Projeto e fabricação de transistores SOI com formação de fonte/dreno induzida por campo elétrico beSOI Mosfet .

• Autor(a) principal: Rangel, Ricardo Cardoso
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-09112023-151350/
• topic: Dispositivos eletrônicos; Electronic devices.; Microelectronics; Microeletrônica; Semiconductors; Semicondutores; Transistores; Transistors

Neste trabalho são desenvolvidos o projeto e a fabricação de transistores de efeito de campo (Field Effect Transistor), FET do tipo metal-óxidosemicondutor (metal-oxide-semiconductor), MOS em lâminas de silício sobre isolante (Silicon On Insulator), SOI com formação de fonte/dreno induzida por campo elétrico. Estes transistores receberam o nome de Back Enhanced BESOI MOSFET. Por terem as regiões de fonte e dreno induzidas por campo elétrico, estes transistores apresentam a possibilidade de atuarem como transistores do tipo MOSFET baseado em condução de lacunas (pMOS), ou do tipo MOSFET baseda em condução de lacunas (nMOS), dependendo da polarização aplicada na porta de programação. Transistores com estas características são também chamados pela literatura de Transistor de Efeito de Campo Reconfigurável (Reconfigurable Field Effect Transistor), RFET (). Esta flexibilidade de operação apresenta novas possibilidades para o desenvolvimento de futuros circuitos integrados e, no caso do BESOI MOSFET, também apresenta possibilidades de aplicação como sensores integrados. São apresentadas neste trabalho 4 rodadas de fabricação destes BESOI, em que a característica mais notável em comparação com os RFET apresentados pela literatura é a simplicidade na sequência de fabricação. Na primeira rodada, são obtidos transistores com camada de silício de 23 nm, espessura de óxido de porta de 15 nm, espessura de óxido enterrado de 200nm e com alumínio (Al) como metal de porta e de contatos de fonte e dreno. O processo térmico de sinterização dos contatos de Al permitiu bons resultados para operação do tipo pMOS, mas resultados insatisfatórios para operação do tipo nMOS. Na segunda rodada de fabricação as espessuras de silício sobre o isolante e óxido de porta são reduzidas ambas para 10nm, com o objetivo de melhorar o acoplamento eletrostático. Mas, a principal alteração nesta rodada é a utilização de siliceto de níquel como eletrodo de contato para fonte e dreno, que proporciona uma característica reconfigurável mais equilibrada, ou seja, melhora o funcionamento do transistor nMOS em relação à rodada anterior, mas ainda assim a corrente de dreno se diferencia do pMOS de ordens de grandeza. As duas rodadas iniciais usam óxido enterrado de 200nm, o que exige uma tensão na porta de programação (back gate) de até dezenas de volts. Para reduzir, em até 7 vezes a tensão aplicada, foram propostas alterações no processo de fabricação e executada uma rodada de fabricação em lâminas UTBB (Ultra-Thin Body and Burried oxide). Com a espessura do óxido enterrado de 25 nm, foi possível não só reduzir a tensão na porta de programação, como também incrementar a corrente de dreno em 67%, devido a condução de corrente nas duas interfaces com o canal de silício, ou seja, a interface localizada entre o filme de silício e o óxido de porta (primeira interface) e entre o filme de silício e óxido enterrado (segunda interface). Finalmente a quarta rodada de fabricação partiu de um novo conjunto de fotomáscaras e uma sequência de processos otimizada que permitiu incrementar o desempenho dos dispositivos. A formação do siliciceto de níquel NiSi e posterior deposição de Al para contatos melhorou o fator de simetria (razão das correntes de elétrons e lacunas para polarizações simétricas) para 0,95. Ou seja, a operação como nMOS foi muito superior aos resultados anteriores. Este resultado permitiu a utilização do BE SOI como biossensor de glicose após etapas de funcionalização da superfície. Nesta rodada de fabricação também foram obtidos transistores com contatos de Al e sem etapas de sinterização. Os resultados neste caso mostraram um bom desempenho na operação como nMOS e resultados insatisfatórios na operação como pMOS, ou seja, o inverso do obtido quando se realiza a etapa de sinterização dos contatos. Este resultado sugere que o projeto deste dispositivo com contatos duplos (sinterizados e não sinterizados) de Al, pode apresentara um nível de corrente de dreno até 20 vezes superior, em relação ao dispositivo de contato simples de NiSi). Se somar a isto, os incrementos de corrente proporcionados com a utilização das lâminas UTBB, os transistores reconfiguráveis do tipo BE SOI MOSFET aproximam-se significativamente dos níveis de corrente dos MOSFETs convencionais.