PT104865A - Barreira metálica de magnésio contra a difusão de oxigénio aplicada a dispositivos de microelectrónica - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO FORNECE UM NOVO MÉTODO PARA O FABRICO DE DISPOSITIVOS DE MICROELECTRÓNICA QUE UTILIZA UMA FINA CAMADA METÁLICA DE MAGNÉSIO COMO BARREIRA CONTRA A DIFUSÃO DE OXIGÉNIO. ESTE MÉTODO EVITA A DIFUSÃO DE OXIGÉNIO PARA O SUBSTRATO DURANTE O PROCESSO DE DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS DE ÓXIDOS E/OU EVITA A FUGA DE OXIGÉNIO DO SUBSTRATO PARA O MEIO AMBIENTE AO SUBSTRATO PERMITINDO O USO E CONTROLO DA ESTEQUIOMETRIA DE OXIGÉNIO E/OU DO NÍVEL DE OXIDAÇÃO DURANTE O FABRICO DO DISPOSITIVO DE MICROELECTRÓNICA. SE NECESSÁRIO E/OU CONVENIENTE, A CAMADA FINA DE MAGNÉSIO PODE SER DIFUNDIDA PARA AS CAMADAS ADJACENTES ATRAVÉS DE TRATAMENTO TÉRMICO ADICIONAL.

Description

DESCRIÇÃO "BARREIRA METÁLICA CONTRA A DIFUSÃO DE OXIGÉNIO APLICADA A DISPOSITIVOS DE MICROELECTRÓNICA"

Campo Técnico A presente invenção refere-se a um método de fabrico de dispositivos de microelectrónica com um controlo completo da estequiometria de oxigénio e/ou o nível de oxidação através do uso de uma camada metálica de Mg. Técnica Anterior

Uma grande variedade de técnicas de deposição é usada na fabricação de circuitos integrados e dispositivos de microelectrónica, incluindo a deposição física de vapor (PVD) e a deposição química por vapor (CVD) . Os desafios mais importantes na deposição de óxidos são, por um lado, o controlo da estequiometria de oxigénio e, por outro lado, prevenir a indesejável oxidação do substrato, mais especificamente no caso da deposição sobre substratos de Silício ou eléctrodos metálicos.

Um problema recorrente é a difusão de oxigénio; com efeito, o oxigénio pode difundir-se a partir do filme para o substrato ou do substrato para o filme (ambiente) principalmente devido a interacções químicas na interface filme/substrato. A extensiva miniaturização dos circuitos integrados e a futura melhoria do desempenho do transístor tem impulsionado a pesquisa de novos óxidos dieléctricos para substituir o S1O2 em futuras gerações dos dispositivos de microelectrónica à base de Si. Com efeito, os circuitos 1 como integrados de memória tais como memórias de acesso aleatório dinâmico (DRAMs) incluem em cada célula de armazenamento um transístor de transferência e um condensador para armazenamento momentâneo de informação. 0 aumento do número de células de armazenamento por dispositivo diminui o espaço disponível (área de superfície do dispositivo) para cada célula de armazenamento. Assim, a miniaturização tem sido conseguida através da redução dos componentes das células de armazenamento (i.e, transístor e condensador).

Alguns materiais dieléctricos de elevado κ (high-κ gate dielectrics) têm sido investigados1 como alternativa ao dieléctrico isolador S1O2 dado que diminuem as correntes de fuga e aumentam a fiabilidade sem provocar uma diminuição da capacidade. Uma constante dieléctrica mais elevada, tipicamente da ordem de 20, permite o uso de um portal dieléctrico mais espesso de modo a reduzir drasticamente a corrente de fuga através do aumento da capacidade do portal, traduzindo-se numa melhoria do desempenho. Entre os materiais em estudo o dióxido de háfnio Hf02 é considerado uma séria alternativa ao portal dieléctrico devido à sua elevada constante dieléctrica (entre 17-26) e largo hiato (= 5,68 eV)2. A sua estabilidade térmica com o silício a temperaturas até 1000°C é superior à do ZrC>2. Deste modo, o HfCç (e outros compostos à base de Hf) é, actualmente, o melhor candidato para substituir o S1O2 em várias aplicações de microelectrónica tais como a tecnologia CMOS, condensadores MIM, aplicações de memória Flash. Todavia, os dieléctricos de elevado κ são bastante permeáveis à difusão de oxigénio3 o que significa que as moléculas de oxigénio (ou moléculas de compostos de oxigénio) podem facilmente migrar através de poros no material dieléctrico de elevado 2 κ. Portanto, ο oxigénio poderá difundir-se através do dieléctrico de elevado κ num transístor e oxidar o silício da interface o que diminui a fiabilidade do componente. A formação ou crescimento de uma camada intermédia de S1O2 (Figura 1) (111) entre o substrato de Si (100) e o filme fino do dieléctrico de elevado k (102) durante a deposição é observada na maioria dos casos. Actualmente, para evitar a formação desta camada intermédia de baixo κ a deposição do dieléctrico de elevado κ é precedida4 ou seguida5 pela deposição de uma camada intermédia (HfSiN), através da pulverização catódica de Hf6. A desvantagem deste método é que a esta camada intermédia é também um dieléctrico de baixo κ.

De todas as técnicas disponíveis poucas são as que previnem a oxidação do eléctrodo metálico ou o aparecimento do óxido de silício durante todo o processo de deposição sobre um substrato de silício. Mas esta oxidação também pode ocorrer durante o recozimento posterior ao processo de deposição.

Entre as técnicas de deposição referidas anteriormente, as baseadas em deposição de camada atómica (Atomic Layer Deposition) ' sao utilizadas na deposição de um óxido sobre um substrato de silício limitando o aparecimento de uma camada intermédia de óxido de silício na superfície de um substrato de silício 9,10. A deposição de camada atómica é uma alternativa ao método tradicional CVD, consistindo na alternância de pulsações reactivas na câmara do reactor, durante um ciclo. A câmara é purgada de reagentes não reagidos e subprodutos entre cada pulsação reagente. Outra técnica de deposição denominada de Epitaxia por Feixe Molecular (MEB-Mollecular Beam Epitaxy) também permite o crescimento de filmes epitaxiais de óxidos sobre substrato 3 de Si sem a indesejável formação da camada intermédia de óxido de silício11. Um outro processo consiste na deposição de um filme na forma metálica seguido de um tratamento térmico por recozimento com oxigénio ou ozono para formar o óxido de elevado k12.

Contudo, no caso da deposição por ALD, um recozimento pós-deposição induz geralmente o aparecimento da camada de óxido de silício13. No caso dos transístores CMOS, a formação desta camada intermédia deteriora a capacidade global reduzindo assim, drasticamente, o desempenho do dispositivo. Todos estes métodos apresentam desvantagens; custos elevados; não podem ser aplicadas a todos os elementos químicos; fiabilidade, dos processos envolvidos; contaminação de carbono, etc.

Os condensadores de eléctrodo metálico são muito usados em Ics (circuitos integrados) de sinais mistos/rádio frequência (RF) para melhor resposta linear e factor Q (factor de qualidade) (devido à menor resistência do eléctrodo). Os condensadores MIM (metal-isolator-metal) estão comercialmente disponíveis no processo de tecnologia CMOS convencional. Um dos desafios relacionados com estes dispositivos é o crescimento de um óxido sobre o eléctrodo sem oxidar o referido eléctrodo. Vários métodos de deposição são usados e o mais comum está relacionado com a técnica ALD. 0 problema da elevada permeabilidade à difusão de oxigénio resultante da utilização de óxidos de elevado k permanece neste caso.

Outros dispositivos tais como os sistemas micro-electro-mecânicos (MEM) requerem um controlo apertado da estequiometria de oxigénio durante o seu fabrico. Aqueles 4 referem-se à integração de elementos mecânicos, sensores, actuadores e electrónica sobre um substrato de silício através das tecnologias de micro-fabricação. Com efeito, o controlo da estequiometria do oxigénio é um dos desafios mais importantes uma vez que é deste parâmetro que dependem as propriedades dos materiais usados na sua fabricação. Os MEMS são componentes micromecânicos que são fabricados usando processos compatíveis de "micromaquinação" que selectivamente retiram partes do substrato de silício ou adicionam novas camadas estruturais para formar os dispositivos mecânicos ou electromecânicos. Os dispositivos MEM são geralmente baseados nas propriedades ferroelásticas e piezoeléctricas e o composto mais comum integrado naqueles sistemas é o Pb (Zri_xTix) 03 (PZT) . As propriedades físicas e mais especificamente a propriedade piezoeléctrica deste composto dependem fortemente da estequiometria do oxigénio. A necessidade de um método para evitar a fuga de oxigénio do PZT é uma realidade actual.

Em conclusão, a difusão do oxigénio através da interface deve ser bloqueada dentro de algumas camadas atómicas na vizinhança da interface camada de filme/substrato e esta barreira deve bloquear a difusão de oxigénio nos dois sentidos: do filme para o substrato e/ou do substrato para o filme.

Sumário da Invenção

Um aspecto da presente invenção é um novo método de preparação de interfaces isentas de oxigénio em dispositivos electrónicos. 0 método da presente invenção envolve o uso de uma barreira à difusão de oxigénio, nomeadamente uma camada intermédia de Mg que evita a ocorrência de oxidação. 5 0 presente método compreende os seguintes passos: - fornecimento de um substrato de um material oxidável ou um substrato que contém oxigénio; - depósito de uma camada intermédia de magnésio metálico sobre o substrato e; - depósito de uma camada de um material na presença ou ausência de um oxidante sobre o magnésio.

Num aspecto do presente método, a camada intermédia de Mg evita a difusão de oxigénio para o substrato durante a deposição da camada de material na presença de um oxidante evitando, assim, a oxidação da superfície do substrato.

Num outro aspecto da invenção, A camada intermédia de Mg evita a difusão de oxigénio a partir do substrato que contém oxigénio para o material que se pretende depositar, evitando assim a sua oxidação. Neste caso, o oxidante está ausente durante a deposição da camada de material visto que é retida dentro da camada de substrato pela camada intermédia de Mg.

Ainda no âmbito da presente invenção estão os métodos de deposição e os dispositivos resultantes de outras combinações de camadas diferentes das mencionadas nos parágrafos anteriores, tais como: - a deposição de um substrato contendo oxigénio, seguida pela camada intermédia de Mg e deposição de uma camada de material na presença de um oxidante, para controlar totalmente a estequiometria de oxigénio e o grau de oxidação; - A deposição de um material oxidável, seguida por uma camada intermédia de Mg, seguida pela deposição de uma 6 camada de material na ausência de oxigénio para evitar a oxidação parcial devida a quantidades residuais de oxigénio presentes durante o processo de deposição.

Nas situações em que a existência da camada intermédia de Mg é prejudicial ao desempenho do dispositivo, o método inclui, ainda, um passo onde se realiza um tratamento térmico das interfaces fabricadas nos passos anteriores. Este tratamento difunde a camada intermédia de Mg para o substrato, para o material ou para ambos, criando assim uma única interface onde tanto o substrato, como o material não estão oxidados.

Outro aspecto da presente invenção assenta nos produtos que contêm as interfaces produzidas pelo método mencionado anteriormente. Os produtos incluem catalisadores, sensores, OLED's, ecrãs luminosos ou dispositivos electrónicos. Os dispositivos ou componentes electrónicos, nomeadamente CMOS, Transístores, condensadores ou sistemas microelectromecânicos podem usar vantajosamente este método para produzir interfaces isentas de óxidos. A camada intermédia deverá ser composta preferencialmente por magnésio metálico mas também poderá conter impurezas de um ou mais dos seguintes elementos: B; N, Si, entre outros. É um objectivo da presente invenção eliminar os problemas da difusão de oxigénio ou difusão de átomos do ambiente para o suporte ou substrato no caso da deposição de filmes finos para aplicações microelectrónicas ou qualquer aplicação relacionada com a deposição de filmes finos. Contudo, a presente invenção também pode eliminar os problemas da fuga de oxigénio ou de átomos a partir do 7 suporte ou substrato para a câmara ambiente evitando, assim, a oxidação e/ou controlando a estequiometria do oxigénio durante o processo de deposição.

Breve Descrição dos Desenhos

Figura 1 : Esquema de um transístor NMOS, em que: 100 - substrato (ex.: Si); 101 - camada intermédia de SÍO2; 102 -material de elevado k; 104 - Eléctrodo; 105 - Fonte; 106 -Drenagem; 111 - região semicondutora do substrato.

Figura 2: Camada intermédia de Mg depositada entre o portal de óxido de elevado k e o substrato de Silício, em que: 100 - Substrato (ex.: Si); 102 - material de elevado óxido; 103 - camada intermédia de Mg; 105 - Fonte; 106 - drenagem; 111 - região semicondutora do substrato.

Figura 3 : Dissolução da camada intermédia de Mg para o portal de elevado k, usando um recozimento, em que: 100 -substrato (ex.: Si); 102 - material de elevado k; 105 -

Fonte; 106 - drenagem; 107 - camada intermédia de Mg difundida nas camadas adjacentes; 111 - região semicondutora do substrato.

Figura 4: Espectro de Reflectometria de Raios-X de um filme fino metálico de Mg depositado sobre um substrato de

Silício.

Figura 5: Imagem TEM de um filme fino de Hf02 depositado a 200°C sobre um substrato de Silício.

Figura 6 : Camada intermédia de Mg depositada sobre um eléctrodo metálico (TiN), em que: 100 - substrato (ex.: 8 camada

Si); 101 - camada intermédia de S1O2; 103 intermédia de Mg; 108 - eléctrodo metálico (ex.: TiN).

Figura 7: Camada intermédia de Mg depositada entre o portal de óxido de elevado k e uma camada metálica, em que: 100 -substrato (ex.: Si); 101 - camada intermédia de S1O2; 102 -material de elevado k; 103 - camada intermédia de Mg; 108 -eléctrodo metálico (ex.: TiN).

Figura 8: Dissolução da camada intermédia de Mg para o portal de elevado k e um eléctrodo metálico usando um recozimento, em que: 100 - substrato (ex.: Si); 101 camada intermédia de SÍO2; 102 - material de elevado k; 107 camada intermédia de Mg difundida para as camadas adjacentes; 108 - eléctrodo metálico (ex.: TiN).

Figura 9: camada intermédia de Mg depositada sobre a camada de tampão PZT, em que: 100 - substrato (ex.: Si); 101 - camada intermédia de S1O2; 103 - camada intermédia de Mg; 109 - filme fino de (Pb ( Zri_xTix) O3.

Figura 10: camada intermédia de Mg depositada entre o tampão PZT e a liga no topo, em que: 100 - substrato (ex.: Si) ; 101 - camada intermédia de S1O2; 103 - camada intermédia de Mg; 109 - filme fino de óxido (Pb (Zri-XTX) 03) ; 110 - Liga ou outro material oxidável.

Figura 11: Dissolução da camada intermédia de Mg para o PZT e liga no topo, usando um tratamento por recozimento, em que: 100 - substrato (ex.: Si); 101 - camada intermédia de SÍO2; 107 - camada intermédia de Mg difundida para as camadas adjacentes; 109 - filme fino de óxido (Pb(Zri_ xTix)03); 110 - Liga ou outro material oxidável. 9

Figura 12: Espectro de Reflectometria de Raios-X de um filme Hf02 com 200 À de espessura depositado sobre uma camada fina metálica de Mg. O substrato é Silicio. O gráfico mostra uma rugosidade de superfície muito reduzida e uma espessura de 200 À.

Figura 13: Imagem TEM do filme HfC>2 depositado sobre uma camada intermédia de Mg depositada sobre um substrato de Silício, a 400°C. Trata-se do mesmo filme da Fig. 12.

Descrição Detalhada da Invenção O seguinte é uma descrição mais detalhada da presente invenção que deverá ser considerada como formas de realização preferidas da invenção. O seu propósito é demonstrar aplicações particulares da invenção e não limitar o seu âmbito ou o das reivindicações. O método da presente invenção tem um largo espectro de aplicações em micro e nanoelectrónica mas não está limitado a estas aplicações pois pode ser usado em outros processos onde o controlo do oxigénio é importante (estequiometria ou oxidação).

De acordo com um aspecto da invenção, para um substrato de Si 100 (Figura 2), a deposição da camada intermédia de Mg 103 é feita a uma temperatura que pode variar entre a temperatura ambiente e 630 °C, preferencialmente no intervalo entre 300 to 450°C e mais preferivelmente à temperatura de 400 °C. A deposição pode ser feita por pulverização catódica num ambiente de gás inerte, preferencialmente Argon, à pressão 10 igual ou inferior a 1.0E-1 mbar, inferior a 5.0E-2 mbar e mais preferencialmente a cerca de 5E-3 mbar. Tais pressões são valores preferenciais da pressão em estado estacionário no interior da câmara de reacção, durante a deposição. 0 alvo a ser pulverizado pode ser um metal puro do metal alcalino-terroso magnésio (Mg). 0 processo de deposição também pode ser outro processo de deposição física, tal como Deposição por laser pulsado (PLD - Pulsed Laser Deposition), epitaxia por feixe molecular (MBE - Molecular Beam Epitaxy), evaporação por feixe de electrões (e-Beam) e todos os processos derivados daqueles ou um processo deposição química, tal como CVD (Chemical Vapour Deposition), Sol-gel, MOCVD (MetalOrganic Chemical Vapour Deposition), ALD (Atomic Layer Deposition) e todos os processos derivados destes. Como esta deposição se realiza em atmosfera redutora não se formará a camada intermédia de óxido de silício entre a camada metálica de Mg 103 e o substrato de silício 100 durante a deposição. Esta camada intermédia de Mg metálico evita a difusão de oxigénio para o substrato de silício durante a subsequente deposição do dieléctrico de elevado k, a qual geralmente utiliza oxigénio ou ozono como agentes oxidantes. A deposição da camada de óxido (HfCy ou outro) é realizada por técnicas conhecidas.

Numa forma de realização da invenção, a presença desta camada ultrafina de Mg metálico na interface (103) entre as camadas de dieléctrico de elevado k (102) e a região semicondutora (111) do substrato de silício (100) da Figura 2, seria prejudicial para uma aplicação CMOS num circuito integrado, porque o carácter metálico desta camada intermédia de Mg vai induzir elevadas correntes de fuga. 11

Neste caso, o componente CMOS apresentaria um comportamento semelhante a um componente MIM. Portanto, um tratamento de recozimento em ambientes de oxigénio, azoto, hidrogénio, amoníaco ou uma mistura destes diferentes gases provoca a difusão desta camada metálica intermédia de Mg para o interior do filme fino dieléctrico de elevado k ou para o interior do substrato de Si ou para o interior de ambos. 0 estado final após o tratamento de recozimento está representado na Figura 3 e corresponde à região de difusão (107) localizada entre o dieléctrico de elevado k (102) e a região semicondutora (111). A deposição da camada metálica de Mg requer uma técnica de deposição que envolva uma energia de superfície mais elevada para fixar os átomos de Mg na superfície. A pulverização catódica e PLD envolvem uma energia muito mais elevada para que a ligação seja mais forte. Usando a pulverização catódica, conseguimos depositar um filme fino de Mg metálico sobre um substrato de silício sem a formação da camada intermédia indesejável de Si02 entre o dieléctrico de elevado k (102) e o substrato de silício (100). A Figura 4 mostra uma medida de reflectometria de raios-X de um filme fino de Mg metálico depositado sobre um substrato de silício pré-tratado com uma solução de HF, usando a técnica de pulverização catódica. A camada intermédia ultra-fina de Mg metálico pode ser aproximada a uma camada fina semi-isoladora, a qual poderá induzir aplicações de valor. O isolamento de diferentes regiões de um circuito integrado é um bom exemplo de aplicação mas a camada intermédia metálica de Mg deverá ser ultra-fina em qualquer caso, com espessuras entre 0,2 e 5 nm (manómetros) . A 300 °C ou mais, é possível depositar o 12 óxido dieléctrico de elevado k (102) directamente sobre esta camada intermédia ultra-fina de Mg metálico. A Figura 5 mostra uma imagem TEM de um filme de HfCt depositado directamente sobre a camada intermédia de Mg sem a interface de SÍO2 visível entre o substrato de silício e o filme fino metálico de Mg. Não foi observada qualquer oxidação da camada metálica intermédia de Mg.

Outra forma de realização da invenção refere-se a circuitos integrados e condensadores de eléctrodo metálico que são muito usados em circuitos integrados de sinais mistos/radiofrequência para uma melhor linearidade e Q mais elevado (factor de qualidade) (devido à reduzida resistência de eléctrodo). Os condensadores MIM têm estado comercialmente disponíveis nos processos de sinal misto convencional CMOS. A camada metálica intermédia de Mg (103) é depositada sobre um eléctrodo metálico (108) (por ex. TiN, na Figura 6, mas também poderá ser composto por outro metal ou liga) usando pulverização catódica (Figura 6) nas mesmas condições definidas acima. 0 processo de deposição pode ser qualquer outro processo de deposição física (PLD, MBE , e-Beam, ou qualquer processo derivado destes) ou um processo de deposição química (CVD, Solgel, MOCVD, ALD ou qualquer processo derivado destes) . Visto que esta deposição se realiza em atmosfera redutiva o eléctrodo metálico (108) não será oxidado durante o processo de deposição. Esta camada metálica de Mg bloqueia a difusão de oxigénio para o interior do eléctrodo metálico (108) (TiN) durante a subsequente deposição do dieléctrico de elevado k, que utiliza oxigénio ou ozono como agentes oxidantes. 13

Nos casos em que a presença desta interface em bruto do filme metálico ultra-fino de Mg entre o dieléctrico de elevado k e o eléctrodo metálico (108) (TiN) (Figura 7) é desvantajosa para o componente MIM num circuito integrado, introduz-se um passo adicional para um tratamento térmico de recozimento em atmosfera de oxigénio, azoto, hidrogénio, amoníaco ou uma mistura destes gases diferentes, para difundir esta camada metálica intermédia de magnésio para as camadas do filme fino do dieléctrico de elevado k, ou para o eléctrodo metálico (108) (TiN) ou para ambos os casos. Este processo está ilustrado na Figura 8 e corresponde à região de difusão (107) situada entre o dieléctrico de elevado k e o eléctrodo metálico (108) (TiN).

Outra forma de realização relacionada com circuitos integrados, refere-se aos sistemas MEM. Esta aplicação corresponde à integração de elementos mecânicos, sensores, actuadores, e electrónicos sobre um substrato de silício comum utilizando tecnologia de micro-fabricação. A camada metálica de Mg é depositada sobre o filme fino de óxido (109) (Pb (Zri_xTix) O3 - PZT nas condições descritas em cima (Figura 9), mas também pode ser um óxido com uma composição diferente usando pulverização catódica (Figura 9) . O processo de deposição pode também ser outro processo de deposição física (PLD, MBE, e-Beam, ou qualquer processo derivado destes) ou um processo de deposição química (CVD, Sol-gel, MOCVD, ALD ou qualquer processo derivado destes). Esta camada metálica intermédia de Mg bloqueia a fuga de oxigénio a partir do filme óxido de PZT (109) para a atmosfera ambiente no interior da câmara de deposição 14 durante o subsequente processo de deposição da liga metálica (110), impedindo, assim, a oxidação da liga.

Nos casos em que a interface em bruto do filme metálico de Mg na região entre o filme óxido de PZT (109) (Figura 10) e a liga metálica (110) é prejudicial para o funcionamento do componente MEM num circuito integrado, introduz-se um passo adicional para um tratamento térmico de recozimento a baixa temperatura em atmosfera de oxigénio, azoto, hidrogénio, amoníaco ou uma mistura destes gases diferentes, para difundir esta camada metálica intermédia de magnésio para as camadas adjacentes do filme óxido PZT (108), ou para as camadas adjacentes da liga metálica (110) ou para as camadas adjacentes de ambos. A camada intermédia de Mg está representada na Figura 11 e corresponde à região de difusão (107) localizada entre o filme óxido de PZT (109) e a liga metálica (110) .

As formas de realização descritas anteriores podem ser adaptadas a diferentes materiais e dispositivos, electrónicos ou não, sempre que for necessário evitar a oxidação de superfícies de materiais. O exemplo que se segue é uma explicação detalhada de um dos procedimentos mas não limita o âmbito da invenção ou a sua aplicabilidade a diferentes técnicas de deposição, substratos ou oxidantes. 15

Exemplo 1: Deposição de uma camada intermédia de Mg metálico à temperatura de 400°C, seguida da deposição de um filme fino de HfC>2 a 400°C.

No interior da câmara de pulverização catódica, um substrato de Silício que foi previamente limpa com uma solução de HF (9ml de água, 1 ml de metanol e 0,75ml de ácido fluorídrico a 40%) durante 120s foi introduzido e fixo a um suporte de amostras usando uma máscara de sombra. Não foi usada pasta térmica. A câmara foi evacuada à pressão de 5.0E-8 mbar. 0 suporte de amostras dentro da câmara foi então aquecido até 400°C em vácuo durante cerca de 5 horas e Árgon foi então introduzido na câmara até uma pressão de 5.0E-3 mbar. A pressão foi controlada por um Controlador de Fluxo de Massa (Mass Flow Controller).

Então dá-se a ignição do plasma, o qual é mantido durante 15 minutos a uma potência de RF de 25 Watt para limpeza do alvo. Durante este período de pre-pulverização catódica, um obturador de sombra protege o substrato para impedir qualquer deposição não programada.

Após este período de pré-pulverização catódica, o obturador do substrato é aberto e começa a deposição da camada metálica de Mg nas seguintes condições: - Pressão de Árgon: 5.0E-3 mbar - Potência de RF: 25 Watt - Distância Alvo-substrato: 100 mm. - Temperatura do substrato: 400 °C. - Tempo total de deposição: 3 minutos 16

Após a deposição de Mg o plasma foi desligado, o obturador do substrato foi fechado e procedeu-se à ignição do plasma do alvo de HfCç. 0 alvo de HfCç foi limpo durante 10 minutos usando 30 Watt de potência de RF. Após este período de pré-pulverização catódica, deu-se início à deposição do filme fino de HfCh nas seguintes condições: - Pressão de Árgon: 5.0E-3 mbar - Potência de RF: 28 Watt - Distância alvo-substrato: 100 mm. - Temperatura do substrato: 400 °C. - Tempo total de deposição: 20 minutos

Após a deposição do filme de ΗίΟρ,ο plasma foi desligado, o aquecedor foi desligado e o filme arrefeceu naturalmente à pressão de deposição de 5.0E-3 mbar (não foi utilizado qualquer tipo de arrefecimento activo). 17

Referências Bibliográficas 1. J. Robertson, Reports on Progress in Physics 69, 327-396 (2006). 2. G. D. Wilk, R. M. Wallace, e J. M. Anthony, J. Appl. Phys. 87, 484-492 (2000) . 3. K. Hyoungsub, C. M. Paul, C. Chi On, C. S. Krishna, e S. Susanne, Journal of Applied Physics 96, 3467-3472 (2004) . 4. D. H. Triyoso, R. I . Hegde, J. Grant, P. Fejes, R. Liu, D . Roan, M. Ramon, D. Werho, R. Rai, L. B. La, J. Baker, C. Garza, T. Guenther, J. B. E. White, e P. J. Tobin, Journal of Vacuum Science & Technology B:

Microelectronics and Nanometer Structures 22, 2121- 2127 (2004). 5. Y. Senzaki, (Patente Americana, WO 2005/050715 A2, 2005) . 6. A. C. Callegari, Μ. M. Frank, R. Jammy, D. L. Lacey, F. R. McFeely, e S. Zafar, (Patente Americana, WO 2006/076087, 2006). 7. T. Suntola e J. U. S. P. Antson, in Patente Americana 4058430 (1977). 8. M. Ritala e M. Leskela, in In Handbook of Thin Film Materials, H. S. Nalwa Ed.; Academic Press: San Diego, CA} Vol. 1 (2002), p. 103-159. 18 9. N. Pinna e E. Rauwel, (Pedido de Patente nos EUA e UK, WO 2008/098963 A2, 2008). 10. E. Rauwel, G. Clavel, M.-G. Willinger, P. Rauwel, e N. Pinna, Angew. Chem. Int. Ed. 47, 3592 (2008) . 11. H. J. Osten, M. Czernohorsky, R. Dargis, A. Laha, D. Kiihne, E. Bugiei, e A. Fissel, Microelectronic Engineering 84, 2222-2225 (2007) . 12. L. Wang, K. C. Paul, A. Andre, e W. C. Nathan, Journal of Applied Physics 104, 054117 (2008) . 13. Μ. T. Ho, Y. Wang, R. T. Brewer, L. S. Wielunski, Y. J. Chabal, N. Moumen, e M. Boleslawski, Applied Physics Letters 87, 133103 (2005).

Lisboa, 09 de Dezembro de 2010 19

Claims (15)

1. RESUMO "BARREIRA METÁLICA DE MAGNÉSIO CONTRA A DIFUSÃO DE OXIGÉNIO APLICADA A DISPOSITIVOS DE MICROELECTRÓNICA" A presente invenção fornece um novo método para o fabrico de dispositivos de microelectrónica que utiliza uma fina camada metálica de magnésio como barreira contra a difusão de oxigénio. Este método evita a difusão de oxigénio para o substrato durante o processo de deposição de filmes finos de óxidos e/ou evita a fuga de oxigénio do substrato para o meio ambiente ao substrato permitindo o uso e controlo da estequiometria de oxigénio e/ou do nivel de oxidação durante o fabrico do dispositivo de microelectrónica. Se necessário e/ou conveniente, a camada fina de magnésio pode ser difundida para as camadas adjacentes através de tratamento térmico adicional. REIVINDICAÇÕES 1. Um método para fabricar uma interface essencialmente isenta de óxidos em dispositivos electrónicos caracterizado por compreender os seguintes passos: - fornecimento de um substrato oxidável ou um substrato contendo oxigénio; - deposição de uma camada intermédia de magnésio metálico que age como uma barreira contra a difusão de oxigénio; - deposição de uma camada de um material, na presença ou ausência de um oxidante, sobre a camada de magnésio (Mg).
2. 2. Um método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a camada de magnésio ter uma espessura no intervalo 0.2 a 5 nm.
3. 3. Um método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a deposição do revestimento do filme fino metálico de magnésio ocorrer a uma temperatura entre a temperatura ambiente e até 630 °C, preferencialmente no intervalo de temperaturas situado entre 300 e 450°C, e mais preferivelmente a 400°C.
4. 4. Um método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a deposição do revestimento de filme fino metálico de magnésio ser realizada a uma pressão entre 1CT3 a 5xlCT2 mbar.
5. 5. Um método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a camada de magnésio poder ser depositada por métodos físicos, tal como a 1 com pulverização catódica com radiofrequência, pulverização catódica DC, deposição por laser pulsado (PLD), epitaxia de feixe molecular (MBE), evaporação por feixe de electrões ou evaporação térmica convencional.
6. 6. Um método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o processo de deposição poder ser um método químico de deposição, tal como deposição química por vapor (CVD), deposição Sol-gel, deposição química por vapor de organometálicos (MOCVD), deposição de camada atómica (ALD) ou qualquer processo derivado destes.
7. 7. Um método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a deposição do revestimento de filme fino metálico de magnésio se realizar em atmosfera inerte de árgon.
8. 8. Um método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o substrato oxidável ser silício ou um metal.
9. 9. Um método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o oxidante ser oxigénio, ozono ou ar.
10. 10. Um método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o material depositado sobre a camada de magnésio ser um metal ou um óxido metálico ou uma liga. 2
11. 11. Um método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a camada de magnésio metálico poder também compreender algumas impurezas de um ou mais dos seguintes elementos: B, N, Si, entre outros.
12. 12. Método de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender um tratamento térmico adicional para induzir a difusão da camada intermédia de magnésio para o substrato ou camada de magnésio ou ambos.
13. 13. Um método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o tratamento térmico ser um recozimento térmico realizado no intervalo de temperaturas situadas entre 600°C e 1100°C.
14. 14. Dispositivo contendo um componente fabricado pelo método das reivindicações 1 a 13, caracterizado por ser: - um dispositivo electrónico; - um catalisador; - um sensor; - um OLED; - um ecrã.
15. 15. Dispositivo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o dispositivo electrónico ser um componente electrónico, um CMOS, um transístor, um condensador ou um sistema micro-electromecânico. Lisboa, 09 de Dezembro de 2010 3