Механизм нитридизации слоев диоксида кремния при импульсной фотонной обработке в азотной атмосфере

Abstract

Методом времяпролетной масс-спектроскопии вторичных ионов исследованы профили распре деления концентрации связей Si — N в системе Si – SiO2 после нитридизации диоксида кремния путем импульсной фотонной обработки в азотной атмосфере, обеспечивающей нагрев некогерентным потоком излучения от кварцевых галогенных ламп, который направлен на нерабочую сторону кремниевой подложки, до температуры 1150 °С примерно за 7 с. Слои диоксида кремния толщиной 17,7 нм были получены пирогенным окислением легированных бором подложек монокристаллического кремния с удельным сопротивлением 12 Ом ⋅ см и ориентацией (100) при температуре 850 °С в течение 40 мин. Установлено, что нитридизация диоксида кремния при импульсной фотонной обработке в азотной атмосфере протекает за счет ускоренной диффузии ионов N−, образующихся из-за туннелирования и термоэлектронной эмиссии электронов с поверхности слоя кремния. Нитридизация приводит к формированию на поверхности диоксида кремния и границе раздела Si – SiO2 слоя с максимальной концентрацией азота путем уменьшения энергии активации образования связей Si — N, обусловленного электронным возбуждением в кремнии и возможным разрывом связей Si — О, Si — ОН, Si — Si. Уменьшение энергии активации происходит в результате изменения напряжений, углов и силы связей Si — О из-за фотонно-температурного воздействия и образования данных связей на поверхности кремния с деформированной кристаллической решеткой ввиду ее механической полировки.