Thermal stability of structures such as TiN/ZrO2/InGaAs

Compuestos semiconductores III-V, en particular InxGa1-xAs, son consideradosmateriales atractivos para reemplazar el silicio en estructuras metal-oxidosemiconductor(MOS). Su alta movilidad y flexible ancho de banda, requisitos para eldiseno de dispositivos de alto rendimiento, han colocado al InxGa1-xAs como uncandidato prometedor. Sin embargo, la estabilidad termica en la interfazdielectrico/InxGa1-xAs es mucho mas compleja que aquella formada en la estructuraSiO2/Si. Mientras que la mayoria de los estudios se centran en diversos metodos depasivacion tales como el crecimiento de las capas intermedias (Si, Ge y Si/Ge) y/otratamientos quimicos para mejorar la calidad de la interfaz, fenomenos como ladifusion de las especies atomicas del sustrato como consecuencia del recocido no hansido cuidadosamente estudiados. Los tratamientos termicos, los cuales estanrelacionados con los procesos de integracion de la fuente y el drenador (S/D) en undispositivo MOSFET, conducen a cambios estructurales que degradan el rendimientoelectrico de un dispositivo MOS. Una caracterizacion apropiada de las alteracionesestructurales asociadas con la difusion de los elementos del substrato hacia las capassuperiores es importante para entender cuales son los mecanismos de falla en undispositivo MOS. En este trabajo se presenta un analisis de la estructura y laestabilidad termica de la estructura TiN/ZrO2/InGaAs por la espectroscopia defotoelectrones por rayos X con resolucion angular (ARXPS). A traves de un metodo deanalisis no destructivo, fue posible observar efectos sutiles tales como la difusion delas especies atomicas del sustrato a traves del dielectrico como consecuencia delrecocido. El conocimiento detallado de la estructura permitio evaluar los perfiles deprofundidad para las componentes de In-O y Ga-O por medio del metodo deescenarios. Para la muestra en estado como se deposito, las componentes de In-O yGa-O fueron localizadas en la interfaz oxido-semiconductor. Despues del recocido, semuestra cuantitativamente que este causa la difusion de atomos de In y Ga hacia a lascapas superiores. Asumiendo diferentes escenarios para su distribucion, se muestraque el recocido provoca la difusion de In y Ga hasta la capa de TiO2. Para la muestrarecocida a 500 °C, se observo claramente la difusion de indio, mientras que para lamuestra recocida a 700 °C tanto In y Ga difunden a la capa de TiO2. El analisis~ iv ~cuantitativo mostro que existe menor difusion de atomos de galio (0.12 ML) que deindio (0.26 ML) a 700 °C/10 s. Puesto que el analisis sobre la cantidad de materialdifundido se realizo a diferentes temperaturas, fue posible obtener un valoraproximado para la energia de activacion del indio a traves del ZrO2. El valor resultoser muy similar a los valores reportados previamente para la difusion de indio a travesde Al2O3 y a traves de HfO2. Con el fin de correlacionar los resultados obtenidos porARXPS, se emplearon tecnicas complementarias como la microscopia electronica detransmision (TEM), la espectroscopia de energia dispersiva (EDX) y la espectrometriade masas de iones secundarios por tiempo de vuelo (SIMS-TOF). Particularmente, TOFSIMSdestaco el fenomeno de difusion de las especies atomicas sustrato hacia lasuperficie.