Neste trabalho, investigou-se capacitores MOS fabricados sobre superfícies irregulares contendo formas retangulares periódicas com 100 nm de altura, obtidas a partir de corrosão por plasma localizadas. Os óxidos de porta com 4,5 nm de espessura foram crescidos em ambientes ultrapuros de O2 ou pirogênico a fim de comparar a uniformidade de cobertura sobre os degraus verticais dos perfis retangulares. Foi mostrado que a oxidação pirogênica ou convencional na temperatura de 850 ºC permite obter óxidos de porta sobre degraus com altura de 100nm com baixa corrente de fuga e alto campo de ruptura. Esse comportamento pode ser interpretado como óxidos de porta perfeitamente amoldados sobre os degraus de 100nm de altura. O impacto deste resultado é agora a possibilidade de implementar óxidos de porta para transistores de porta envolvente e FinFETs. / In this work, it was investigated MOS capacitors fabricated onto periodic rectangular shapes, 100 nm in height, obtained by localized plasma etching onto silicon wafer surfaces. 4.5-nm gate oxide growth was performed in ultrapure dry O2 or pyrogenic environments in order to compare the coverage uniformity at the step edges of rectangular shapes defined onto the silicon surfaces. It was shown that pyrogenic and conventional oxidation at 850 ºC allows one to obtain gate oxides on 100nm-stepped silicon surfaces with low leakage current and high dielectric breakdown field. This behavior can be understood as highly conformal gate oxides over silicon steps with height of 100 nm. The impact of this result is now the feasibility of implementing gate oxides for surrounding gate transistors (SGT\'s) and FinFETs.

Neste trabalho, investigou-se capacitores MOS fabricados sobre superfícies irregulares contendo formas retangulares periódicas com 100 nm de altura, obtidas a partir de corrosão por plasma localizadas. Os óxidos de porta com 4,5 nm de espessura foram crescidos em ambientes ultrapuros de O2 ou pirogênico a fim de comparar a uniformidade de cobertura sobre os degraus verticais dos perfis retangulares. Foi mostrado que a oxidação pirogênica ou convencional na temperatura de 850 ºC permite obter óxidos de porta sobre degraus com altura de 100nm com baixa corrente de fuga e alto campo de ruptura. Esse comportamento pode ser interpretado como óxidos de porta perfeitamente amoldados sobre os degraus de 100nm de altura. O impacto deste resultado é agora a possibilidade de implementar óxidos de porta para transistores de porta envolvente e FinFETs. / In this work, it was investigated MOS capacitors fabricated onto periodic rectangular shapes, 100 nm in height, obtained by localized plasma etching onto silicon wafer surfaces. 4.5-nm gate oxide growth was performed in ultrapure dry O2 or pyrogenic environments in order to compare the coverage uniformity at the step edges of rectangular shapes defined onto the silicon surfaces. It was shown that pyrogenic and conventional oxidation at 850 ºC allows one to obtain gate oxides on 100nm-stepped silicon surfaces with low leakage current and high dielectric breakdown field. This behavior can be understood as highly conformal gate oxides over silicon steps with height of 100 nm. The impact of this result is now the feasibility of implementing gate oxides for surrounding gate transistors (SGT\'s) and FinFETs.

Apresentamos neste trabalho um estudo do efeito da depleção do silício policristalino e da corrente de tunelamento em dispositivos com óxidos de porta finos. Utilizamos curvas características da capacitância em função da tensão de porta (C-V), para analisar a degradação causada por estes efeitos.Quanto ao efeito da depleção do silício policristalino a capacitância total na região de inversão apresenta uma redução conforme a concentração de dopantes do silício policristalino diminui. Este efeito foi observado em curvas C-V tanto de alta como de baixa freqüência, sendo esta última mais afetada. A corrente de tunelamento através do óxido de porta apresentou uma influência na largura da região de depleção no silício, que aumentou devido ao tunelamento de portadores do substrato. Como resultado, uma diminuição na capacitância do silício foi observada, fazendo a curva C-V diminuir na região de inversão. Quando considerado o efeito de depleção no silício policristalino junto com o efeito do tunelamento, observou-se que na região da porta houve um excesso de portadores, causando uma diminuição na região de depleção do silício policristalino. Neste caso a curva C-V sofreu uma maior redução, tornando-se difícil separar os dois efeitos. A curva C-V de baixa freqüência foi a mais atingida, pois como os portadores tem tempo de resposta, pode-se observar a influência da corrente de tunelamento nas cargas de inversão. Apresentamos ainda um novo método para a determinação da concentração de dopantes no substrato e no silício policristalino, através de curvas C-V de alta freqüência. Simulações numéricas bidimensionais e medidas experimentais foram utilizadas para validação do método. Os resultados obtidos indicam que o método proposto apresenta um grande potencial, tendo como principal vantagem a simplicidade de aplicação. / In this work we present the study of polysilicon depletion and the gate tunneling current effects in thin-gate oxide devices. Characteristic curves of capacitance as a function of the gate voltage (C-V) were used to analyze the degradation caused for these effects. Regarding the poly depletion effect, a reduction of the total capacitance in the inversion region was verified as the polysilicon doping concentration decreases. This effect was observed in C-V curves in high and low frequency, being the last one more affected. The gate tunneling current presented an influence on the width of the depletion silicon region, which increased due to the carriers tunneling from the substrate. As a result, a reduction in the silicon capacitance was observed, causing the C-V curve reduction in the inversion region. When the polysilicon depletion effect is considered together with the tunneling effect, it was observed that there is a carriers excess in the gate region, causing a reduction of the polysilicon depletion region width. In this case, the C-V curve suffered a larger reduction, making difficult to separate both effects. The most affected characteristic was the C-V curve at low frequency, due to existence of the carrier response time that allows observing the influence of the tunneling current in inversion charges. A new method for the determination of the doping concentration of substrate and polysilicon was also presented, through C-V curves at high frequency. Two-dimensional simulations and experimental measurements were used to validate the method. The obtained results indicate that the propose method present a higher potential, having as principal advantage the simplicity of application.

Apresentamos neste trabalho um estudo do efeito da depleção do silício policristalino e da corrente de tunelamento em dispositivos com óxidos de porta finos. Utilizamos curvas características da capacitância em função da tensão de porta (C-V), para analisar a degradação causada por estes efeitos.Quanto ao efeito da depleção do silício policristalino a capacitância total na região de inversão apresenta uma redução conforme a concentração de dopantes do silício policristalino diminui. Este efeito foi observado em curvas C-V tanto de alta como de baixa freqüência, sendo esta última mais afetada. A corrente de tunelamento através do óxido de porta apresentou uma influência na largura da região de depleção no silício, que aumentou devido ao tunelamento de portadores do substrato. Como resultado, uma diminuição na capacitância do silício foi observada, fazendo a curva C-V diminuir na região de inversão. Quando considerado o efeito de depleção no silício policristalino junto com o efeito do tunelamento, observou-se que na região da porta houve um excesso de portadores, causando uma diminuição na região de depleção do silício policristalino. Neste caso a curva C-V sofreu uma maior redução, tornando-se difícil separar os dois efeitos. A curva C-V de baixa freqüência foi a mais atingida, pois como os portadores tem tempo de resposta, pode-se observar a influência da corrente de tunelamento nas cargas de inversão. Apresentamos ainda um novo método para a determinação da concentração de dopantes no substrato e no silício policristalino, através de curvas C-V de alta freqüência. Simulações numéricas bidimensionais e medidas experimentais foram utilizadas para validação do método. Os resultados obtidos indicam que o método proposto apresenta um grande potencial, tendo como principal vantagem a simplicidade de aplicação. / In this work we present the study of polysilicon depletion and the gate tunneling current effects in thin-gate oxide devices. Characteristic curves of capacitance as a function of the gate voltage (C-V) were used to analyze the degradation caused for these effects. Regarding the poly depletion effect, a reduction of the total capacitance in the inversion region was verified as the polysilicon doping concentration decreases. This effect was observed in C-V curves in high and low frequency, being the last one more affected. The gate tunneling current presented an influence on the width of the depletion silicon region, which increased due to the carriers tunneling from the substrate. As a result, a reduction in the silicon capacitance was observed, causing the C-V curve reduction in the inversion region. When the polysilicon depletion effect is considered together with the tunneling effect, it was observed that there is a carriers excess in the gate region, causing a reduction of the polysilicon depletion region width. In this case, the C-V curve suffered a larger reduction, making difficult to separate both effects. The most affected characteristic was the C-V curve at low frequency, due to existence of the carrier response time that allows observing the influence of the tunneling current in inversion charges. A new method for the determination of the doping concentration of substrate and polysilicon was also presented, through C-V curves at high frequency. Two-dimensional simulations and experimental measurements were used to validate the method. The obtained results indicate that the propose method present a higher potential, having as principal advantage the simplicity of application.