Zastosowanie fourierowskiej spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni do badania interfejsu SiO2//Si w łączonych strukturach SOI

• Autorzy: Możdżonek M. , Piątkowski B. , Kozłowski A.

Warianty tytułu

EN

Infrared spectroscopic analysis of the SiO2//Si interface of soi structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania tlenków w pobliżu interfejsu SiO2//Si powstałego w wyniku połączenia płytek krzemowych oraz interfejsu Si/SiO2 uformowanego w procesie termicznego utleniania płytek Si w łączonych strukturach SOI przeprowadzono metodą fourierowskiej spektroskopii absorpcyjnej w podczerwieni. Określono zmiany energii fononów TO i LO wiązań O-Si-O w zależności od grubości tlenku, pocieniając badane tlenki poprzez trawienie w rozcieńczonym kwasie fluorowodorowym. Uzyskane wyniki zmian energii fononów optycznych w funkcji grubości tlenków pokazują, że w pobliżu obu interfejsów istnieją obszary substechiometrycznego SiOx. Struktura tlenków w tych obszarach jest jednak różna. W przypadku interfejsu SiO2//Si występuje SiO2 + Si, co powoduje przesunięcie linii absorpcyjnej modu TO w stronę wyższych liczb falowych. Zmiany położenia linii modu TO obserwowane są dla tlenków o grubości poniżej 4,0 nm. W interfejsie Si/SiO2 warstwa SiOx jest taka sama jak warstwa przejściowa w tlenkach termicznych. Badania absorpcyjne wykonano dla tlenków w zakresie grubości l,5-20nm.

EN

Infrared absorption spectroscopy has been used to investigate the silicon oxide near the two interfaces in the SOI structure, the SiO2//Si interface created by bonding of two silicon wafers and the Si/SiO2 interface created by thermal oxidation. The oxide films were thinned by etching in dilute hydrofluoric acid for the spectroscopic analysis. The behavior of the transverse (TO) and longitudinal (LO) optical phonon modes, which are associated with asymetric streching the O-Si-O bonds as a function of the oxide film thickness provides an evidence that near the both interfaces exist region of sub-stoichiometric silicon oxide (SiO ). The structure of this SiOx layer is different at each interface. We propose a model in which the sub-oxide layer in the SiO2//Si interface is composed with SiO2 and Si. We found that the TO phonon frequency apparently starts to shift toward higher wave number at around 4,0 nm from the interface. The structure of this SiOx layer in the Si/SiO2 interface is just the same as that observed for the thermal oxide. Spectroscopic investigations were performed for the oxide films range from 1,5 nm to 20 nm.

Słowa kluczowe

PL

spektroskopia absorpcyjna w podczerwieni; interfejs SiO2//Si; badanie tlenków

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2008
• Tom: T. 36, nr 1
• Strony: 38--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., wykr.

Twórcy

autor

Możdżonek M.

autor

Piątkowski B.

autor

Kozłowski A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01 -919 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Berreman D.W.: Infrared absorption at longitudinal optic frequency in cubic crystal films. Phys.Rev., 130, (1963), 2193
• [2] Martinet C., Devine R.A.B.: Analysis of the vibrational mode spectra of amorphous SiO2 films. J. Appl. Phys., 77, 9, (1995) 4343
• [3] Devine R.A.B.: Structural nature of the Si/SiO2 interface through infrared spectroscopy. Appl. Phys. Lett., 68, 22, (1996), 3108
• [4] Queenney K.T., Weldon M.K., Chang J.P., Chabal Y.J., Gurevich A.B., Sapjeta J., Opila R.L.: Infrared spectroscopic analysis of the Si/SiO2 interface structure of thermally oxidized silicon. J. Appl. Phys., 87, 3, (2000), 1322
• [5] Milkehin A., Friedrich M., Miller K., Wiemer M., Gessner T., Zahn D.R.T.: Infrared study of Si surfaces and bonded Si wafers, Semicond. Sci. Technol, 14, 70, (1999)
• [6] Pietsch G.J., Chabal Y.J., Higashi G.S.: J. Appl. Phys., 78, 3, 1995, 1650
• [7] Możdżonek M.: Wpływ obróbki termicznej na struktury Si-Si typu bonding, praca statutowa ITME, (2002)
• [8] Abe T., Yamada-Kaneta H.: Annealing behavior of oxygen in-diffusion from SiO2 film to silicon substrate. J. Appl. Phys., 96, 8, (2004), 4143