Etude de la nitruration thermique, à pression atmosphérique, de l'oxyde de silicium et du silicium

par Allal Serrari

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Raymond Lebihan.

Soutenue en 1989

à Paris 11 .


  • Résumé

    Le silicium et l'oxyde de silicium nitrurés présentent de meilleures propriétés diélectriques que l'oxyde de silicium utilisé dans la technologie M. O. S. (métal-oxyde-silicium), d'où l'intérêt de les étudier. La nitruration a été effectuée à pression atmosphérique sous NH3 à haute température (900°C-1100°C) et pendant une durée variant de quelques secondes à 1 ou 2 heures. Pour comprendre le mécanisme de nitruration, nous avons étudié l'influence de plusieurs paramètres de nitruration sur la composition chimique des couches réalisées. La caractérisation physico-chimique a été effectuée par plusieurs technique d'analyse complémentaires telles que : l'analyse par réaction nucléaire, les spectrométries d'électrons Auger et de photoélectrons, la spectroscopie de masse d'ions secondaires et l'ellipsométrie. Nous avons montré que la nitruration du silicium conduit à des couches contenant de l'oxygène. L'épaisseur de ces dernières augmente avec le temps et la température de nitruration mais saturent après une heure (80 A à 1100°C). L'oxyde de silicium nitruré (oxynitrure) présente une surface riche en azote par rapport au volume avec l'existence d’un pic d'azote près de l'inter- face avec le silicium. Nous avons observé ce pic dès 30 secondes pour un oxyde de 450 A, ce qui signifie un coefficient de diffusion de 3. 10-13 cm2/s. Le coefficient de diffusion diminue rapidement, atteint 10-15 cm2/s dès 10 minutes de nitruration. L'incorporation de l'azote dans la couche d'oxyde s'accompagne d'une diminution de la quantité d'oxygène. Le mécanisme de transport atomique de l'oxygène pendant la nitruration a été étudié en utilisant des oxydes isotopiques. Un modèle du mécanisme de nitruration a été proposé. Les mesures capacité-tension à 1 MHZ ont permis de déterminer l'évolution de la tension de bande plate et de la quantité de charges dans la couche. Nous avons mis en évidence les propriétés de barrière à l'oxydation des oxynitrures réalisés.

  • Titre traduit

    Study of thermal nitridation at atmospheric pressure of silicon and silicon dioxide


  • Résumé

    Thermal nitridation of silicon and oxidized silicon provides best dielectric properties than thin silicon dioxide used in M. O. S. Technology, that is the interest to study them. The nitridation was performed at atmospheric pressure in a furnace under NH3 at high temperature (900°C-1100°C) for various times between 5 secondes and 2 heures. In order to understand the mechanism of nitridation, the influence of several parameters on the chemical composition of the resulting layers has been studied. The physico-chemical characterization was carried-out throught complementary analysis technics such as: nuclear reaction analysis, Auger electron and Xray spectrometries, secondary ion mass spectrometry and ellipsometry. It has been shown that the nitridation of silicon gives layers containing oxygen. Their thickness increases with time and temperature but saturates after one hour (80 A at 1100°C). Nitrided silicon dioxide (oxinitride) is inhomogenous with a nitrogen-rich surface layer and a pile-up of nitrogen at the interface oxinitride/silicon. This pile-up was observed for a 30 secondes nitridation of a 450 A oxide/ that mean a diffusion coefficient of 3. 10-13 cm2/s. The diffusion coefficient decreases rapidly with nitridation time, reach 10-15cm2 /s for 10 minutes. The nitrogen incorporation in the oxide film is accompagned with a de- crease of the oxygen amount. The atomic transport mecanism of oxygen during the nitridation was studied by using isotopique oxides. A model for the nitridation mechanism has been proposed. High frequency (1 MHZ) capacitance-voltage measurements were used in order to determine the flatband voltage and fixed charges in the formed layers. The properties of oxidation-resistance revealed by the layer have been pointed-out

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Informations

  • Détails : 1 vol. (194 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-194

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(1989)404
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-035680
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