Влияние импульсной фотонной обработки в среде азота на оптические и электрофизические характеристики слоев двуокиси кремния и ее границы с кремнием

Методами инфракрасной Фурье-спектрометрии, спектральной эллипсометрии, времяпролетной масс-спектроскопии вторичных ионов, исследованиями вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик установлено влияние импульсной фотонной обработки в среде азота некогерентным потоком излучения от кварцевых галогенных ламп, направленным на нерабочую сторону пластины, обеспечивающей нагрев до 1150 С за время около 7 с, на оптические свойства слоев двуокиси кремния толщиной 17,7 нм, сформированных пирогенным окислением кремния, легированного бором с ориентацией (100), и на электрофизические характеристики границы раздела ее с кремнием. Выявлено, что импульсная фотонная обработка слоев двуокиси кремния приводит к уплотнению и перестройке ее структуры, а также к образованию в двуокиси кремния связей Si‒N, обеспечивающих нитридизацию SiO2. На это указывают сдвиг, уменьшение полуширины и напряжения основной полосы поглощения Si‒О-связи, уменьшение коэффициента преломления с 1,48 до 1,47 и увеличение толщины слоя до 18,2 нм. Показано, что нитридизация слоев SiO2 при импульсной фотонной обработке в атмосфере азота приводит к уменьшению тока утечки диэлектрика в четыре раза и плотности его заряда в 3,43 раза. Это соответственно в 2,19 и 3,01 раза больше, чем при обработке в естественных атмосферных условиях за счет формирования на границе Si–SiO2 слоя с увеличенной концентрацией азота. Полученные результаты могут быть использованы при создании диэлектрических покрытий в изделиях электронной техники. 

1. Doering, R. Handbook of Semiconductor Manufacturing Technology, 2nd ed. / R. Doering, Y. Nishi. NY: CRC Press, 2007. https://doi.org/10.1201/9781420017663.

2. Влияние быстрой термической обработки исходных кремниевых пластин на процесс их пирогенного окисления / В. М. Анищик [и др.] // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2018. № 2. С. 81–85.

3. Influence of the Rapid Thermal Treatment of the Initial Silicon Wafers on the Electro-Physical Properties of Silicon Dioxide, Obtained with Pyrogenous Oxidation / V. А. Pilipenko [et al.] // High Temperature Material Processes. 2019. Vol. 23, No 3. Р. 283–290. DOI: 10.1615/HighTempMatProc. 2019031122.

4. Pilipenko, V. A. Influence of Fast Thermal Treatment on the Electrophysical Properties of Silicon Dioxide / V. A. Pilipenko, V. A. Solodukha, V. A. Gorushko // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. Vol. 91, No 5. P. 1337–1341. https://doi.org/10.1007/s10891-018-1866-0.

5. Солодуха, В. А. Влияние быстрой термической обработки подзатворного диэлектрика на параметры мощных полевых МОSFЕТ транзисторов / В. А. Солодуха, В. А. Пилипенко, В. А. Горушко // Доклады БГУИР. 2018. № 5. С. 99–103.

6. Красников, Г. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов / Г. Красников. М.: Техносфера, 2002.

7. Влияние ионной имплантации азота на электрофизические свойства подзатворного диэлектрика силовых МОП-транзисторов / В. Б. Оджаев [и др.] // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2020. № 3. С. 55–64. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-3-55-64.

8. Локализация атомов азота в структурах Si–SiO2 / В. Б. Оджаев [и др.] // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия С. Фундаментальные науки. 2022. Т. 39, № 11. C. 65–79. https://doi. org/10.52928/2070-1624-2022-39-11-65-79.