Rev. Phys. Appl. (Paris) 13, 679-682 (1978)
DOI: 10.1051/rphysap:019780013012067900

Distribution and role of N-H and Si-H bonds in mnos structures

G. Stubnya, I.C. Szép, G. Hoffmann, Zs. Horváth et P. Tüttö

Research Institute for Technical Physics of the Hungarian, Academy of Sciences, H-1325 Budapest, P.O. Box 76, Hungary

Abstract
The effects of high temperature annealing on the structural and electrical properties of MNOS memory structures have been studied using multiple internal reflection (MIR) spectroscopy to determine the N-H and Si-H bonds in Si3N4 layer. Electrical methods applied were : the memory window decay rate, analysis of memory hysteresis, C-V curves and TSC technique. Results showed that there is an important role of the annealing temperature in the change of N-H and Si-H bonds. We have found the largest change in the number of N-H and Si-H bonds in the vicinity of SiO2-Si 3N4 interface. The change of fixed charge at the SiO 2-Si3N4 interface, the retention time and width of memory window are closely related to the change in the number of the Si-H and N-H groups. Electrical data showed a strong dependence not only on annealing temperature and time but on the composition of gas atmosphere used during the annealing. The TSC curves were significantly different for the annealed and unannealed MNOS structures.

Résumé
Nous avons étudié les effets de traitement thermique à haute température sur les qualités structurales et électriques des structures de mémoire MNOS en utilisant la spectroscopie MIR pour déterminer les liaisons N-H et Si-H. Les méthodes électriques étaient les suivantes : temps de rétention, l'analyse de la courbe d'hystérésis de mémoire, la technique C-V et TSC. Les résultats montrent qu'il y a un rôle considérable de la température du traitement thermique dans les variations des liaisons N-H et Si-H. Nous avons trouvé le plus grand changement dans le nombre des liaisons Si-H et N-H au voisinage de l'interface SiO2-Si3N 4. On a trouvé un accord entre la charge fixe à l'interface, la durée de rétention de charge avec le changement du nombre de liaisons Si-H et N-H. Les donnés électriques ont montré une forte dépendance entre la température et la durée du traitement thermique, sur le gaz utilisé pour le traitement aussi. Les courbes TSC étaient considérablement différentes pour les MNOS structures traitées que pour celles non traitées.

PACS
7340Q - Electrical properties of metal insulator semiconductor structures.
7830 - Infrared and Raman spectra and scattering condensed matter.
7865J - Optical properties of nonmetallic thin films.
2530F - Metal insulator semiconductor structures.

Key words
bonds chemical -- infrared spectra of inorganic solids -- insulating thin films -- metal insulator semiconductor structures -- reflectivity -- silicon compounds -- Si H bonds -- high temperature annealing -- MNOS memory structures -- Si sub 3 N sub 4 layer -- memory window decay rate -- memory hysteresis -- C V curves -- multiple internal reflection spectroscopy -- N H bonds -- thermally stimulated currents -- infrared absorption -- semiconductor structure