|Generate QR code
Open Access
Subscription Access
Spectra of Attenuated Total Reflection of Nitrided SiO2/Si Structures
https://doi.org/10.47612/0514-7506-2022-89-4-498-504
Abstract
We studied the behavior of nitrogen in silicon dioxide films on single-crystal silicon substrates by the attenuated total reflection (ATR) method and time-of-flight secondary ion mass spectrometry. Nitrogen was introduced into a dielectric formed by pyrogenic oxidation at a temperature of 850 ºС in an atmosphere of wet oxygen by implantation of N+ ions with an energy of 40 keV at doses of 2.5·1014 and 1.0·1015 cm–2, followed by rapid thermal annealing at a temperature of 1000 or 1050 ºС with a duration of 15 s in air. Nitridization of some of the samples was carried out during thermal annealing in a nitrogen atmosphere with the addition of a small amount of oxygen at a temperature of 1200 ºС for 120 minutes. It is established that during heat treatments, the majority of nitrogen atoms diffuse to the SiО2/Si interface and accumulate in the near-boundary region of the oxide. The ATR spectra show an absorption band with maxima at ~2320 and 2360 cm–1, which is probably due to vibrations of double cumulative bonds of the O=Si=N– type. The formation of these bonds is due to the interaction of nitrogen with dangling bonds at the silicon-dielectric interface, as a result of which uncompensated or strained bonds are replaced by more stable ones. The resulting stronger chemical bonds prevent charge accumulation on the surface of the SiО2/Si interface. Keywords: gate dielectric, heat treatment, ion implantation, attenuated total reflection.
About the Authors
V. B. Odzhaev
Belarusian State University
Belarus
Belarus
Minsk
A. N. Pyatlitski
JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company
Belarus
Belarus
Minsk
V. S. Prosolovich
Belarusian State University
Belarus
Belarus
Minsk
N. S. Kovalchuk
JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company
Belarus
Belarus
Minsk
Ya. A. Soloviev
JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company
Belarus
Belarus
Minsk
D. V. Zhygulin
JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company
Belarus
Belarus
Minsk
D. V. Shestovsky
JSC “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company
Belarus
Belarus
Minsk
Yu. N. Yankovski
Belarusian State University
Belarus
Belarus
Minsk
D. I. Brinkevich
Belarusian State University
Belarus
Belarus
Minsk
References
1. B. J. Baliga. Advanced Power MOSFET Concepts, Springer Science & Business Media (2010)
2. В. Б. Оджаев, А. Н. Петлицкий, В. С. Просолович, А. С. Турцевич, С. В. Шведов, В. А. Филипеня, В. В. Черный, В. Ю. Явид, Ю. Н. Янковский, В. А. Дубровский. Весці НАНБ. Сер. фіз.-тэх. навук, № 4 (2014) 4—17
3. J. A. Diniz, P. J. Tatsch, L. C. Kretly, J. E. C. Queiroz, F. J. Godoy. Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 396 (1996) 249—254
4. L. S. Adam, C. Bowen, M. E. Law. IEEE Transact. Electron Devices, 50, N 3 (2003) 589—600
5. Г. Я. Красников. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП транзисторов, Москва, Техносфера (2011)
6. M. Milosevic. Internal Reflection and ATR Spectroscopy, John Wiley & Sons (2012) 244
7. Y. Nishi, R. Doering. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, Воса Raton, CRC Press (2008)
8. Д. И. Бринкевич, С. Д. Бринкевич, А. Н. Петлицкий, В. С. Просолович. Микроэлектроника, 50, № 4 (2021) 274—280 [D. I. Brinkevich, S. D. Brinkevich, A. N. Petlitsky, V. S. Prosolovich. Russ. Microelectronics, 50, N 4 (2021) 239—245]
9. Д. И. Бринкевич, В. В. Петров. Журн. прикл. спектр., 46, № 2 (1987) 305—307
10. В. П. Маркевич, Л. И. Мурин, J. L. Lindström, M. Suezawa. ФТП, 34, вып. 9 (2000) 1039—1045
11. А. Г. Паулиш, А. К. Дмитриев, А. В. Гельфанд, С. М. Пыргаева. Автометрия, 55, № 5 (2019) 101—106
12. А. А. Намакшинас, О. Д. Хорозова, В. В. Сахаров. Успехи химии и хим. технологии, 30, № 7 (2016) 74—76
13. Д. И. Бринкевич, В. Б. Оджаев, А. Н. Петлицкий, В. С. Просолович. Микроэлектроника, 40, № 4 (2011) 309—312 [D. I. Brinkevich, V. B. Odzhaev, A. N. Petliskii, V. S. Prosolovich. Russ. Microelectronics, 40, N 4 (2011) 290—293]
14. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках, Москва, Мир (1973)
15. В. И. Бачурин, П. А. Лепшин, В. К. Смирнов, А. Б. Чурилов. Письма в ЖТФ, 24, № 6 (1998) 18—23
16. Б. Н. Тарасевич. ИК спектры основных классов органических соединений. Справочные материалы, Москва, МГУ (2012)
17. Б. И. Селезнев, Д. Г. Федоров. Вестн. Новгород. гос. ун-та, № 5 (103) (2017) 114—118
18. M. Tajima, T. Masui, T. Abe, T. Jap. J. Appl. Phys., 20, N 6 (1981) L423—L425
19. M. W. Qi, S. S. Tan, B. Zhu, P. X. Cai, W. F. Gu, X. M. Xu, T. S. Shi, D. L. Que, L. B. Li. J. Appl. Phys., 69, N 6 (1991) 3775—3777
20. Н. Н. Берченко, Ю. В. Медведев. Успехи химии, 63, № 8 (1994) 655—672
21. В. Б. Оджаев, А. К. Панфиленко, А. Н. Петлицкий, В. С. Просолович, Н. С. Ковальчук, Я. А. Соловьев, В. А. Филипеня, Д. В. Шестовский. Журн. Бел. гос. ун-та. Физика, № 3 (2020) 55—64
22. В. А. Гриценко. Успехи физ. наук, 179, № 9 (2009) 921—930
Review
For citations:
Odzhaev V.B., Pyatlitski A.N., Prosolovich V.S., Kovalchuk N.S., Soloviev Ya.A., Zhygulin D.V., Shestovsky D.V., Yankovski Yu.N., Brinkevich D.I. Spectra of Attenuated Total Reflection of Nitrided SiO2/Si Structures. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2022;89(4):498-504. (In Russ.) https://doi.org/10.47612/0514-7506-2022-89-4-498-504
Views: 392
Email this article 