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Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 22, Number 1, janvier 1987
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Page(s) | 65 - 69 | |
DOI | https://doi.org/10.1051/rphysap:0198700220106500 |
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220106500
Electrical properties of thin anodic silicon dioxide layers grown in pure water
F. Gaspard1, A. Halimaoui1 et G. Sarrabayrouse21 Laboratoire de Spectrométrie Physique associé au CNRS, Université Scientifique, Technologique et Médicale de Grenoble, B.P. 87, 38402 St Martin d'Hères Cedex, France
2 LAAS CNRS, 7, avenue Colonel Roche, 31077 Toulouse Cedex, France
Abstract
Thin silicon dioxide layers (40-100 A) can be successfully produced by anodization of silicon in pure water. The resulting layers are very homogeneous and pinhole free. The monitoring of the SiO2 thickness is accurately achieved by simple coulometry. The electrical properties of the oxide layers and the associated Si/SiO2 interface have been investigated by forming metal-oxide-semiconductor (MOS) capacitors using the anodically grown oxide as the dielectric and aluminium or chromium as the metal. This investigation shows a low charge density at the Si/SiO2 interface (≤ 10 11 charges. cm-2) and an interface states density comparable to that obtained with thermally grown SiO2 (1011 cm -2eV-1). The dielectric breakdown occurs at high fields (11 to 14 MW . cm-1). These results show that there is no pollution during the electrolysis. Furthermore, the metal to oxide barrier heights remained high (2.5 to 2.8 eV) even for thin (44 A) SiO2 layers.
Résumé
Des couches très minces de SiO2 (40-100 A) peuvent être obtenues très simplement par oxydation électrochimique du silicium dans l'eau pure. Un contrôle très précis de l'épaisseur est possible par simple coulométrie. Les couches de SiO2 sont très homogènes en épaisseur et dépourvues d'effets de bord et de défauts du type « pinholes ». Les propriétés électriques des oxydes ainsi que celle de l'interface Si/SiO2 ont été étudiées en réalisant des structures métal-oxyde anodique-semiconducteur ; le métal étant soit le chrome, soit l'aluminium. Les résultats de cette étude montrent que ces oxydes présentent une faible densité de charge à l'interface Si/SiO 2 (≤1011 cm-2), une densité d'états d'interface comparable à celle obtenue avec des oxydes thermiques de même épaisseur ( ˜ 1011 cm-2eV-1) et des champs de claquage particulièrement élevés (11 à 14 MV cm-1). Il apparaît ainsi qu'aucune pollution des couches d'oxyde ne se produit pendant l'électrolyse. L'étude de l'injection Fowler-Nordheim conduit, par ailleurs, à des hauteurs de barrière métal-oxyde très satisfaisantes (2,5 à 2,8 eV) même pour un oxyde aussi mince que 44 A.
7340Q - Electrical properties of metal insulator semiconductor structures.
7360H - Electrical properties of insulators thin films/low dimensional structures.
2530F - Metal insulator semiconductor structures.
Key words
electric breakdown of solids -- electronic conduction in insulating thin films -- interface electron states -- metal insulator semiconductor structures -- silicon compounds -- electrical properties -- metal oxide semiconductor capacitors -- charge density -- interface states density -- dielectric breakdown -- barrier heights -- 40 to 100 AA -- 2.5 to 2.8 eV -- SiO sub 2 layers -- Si SiO sub 2 -- Al SiO sub 2 -- H sub 2 O -- Cr SiO sub 2