2.2.1.3 «Птичий клюв»: влияние параметров процесса
Из-за наличия в процессе диффузии окислителя под маской нитрида (оксид кремния), может иметь место боковое окисление. Как показано на рисунке 2.4, уход окисла под маску нитрида, также называемое «птичьим клювом», можно охарактеризовать длиной ( Lbb ) и высотой ( Hbb ) в заглубленных структурах изоляции.
Рисунок 2.4 –– Параметры, описывающие «птичий клюв» в заглубленной и встраиваемой LOCOS структурах
В полностью встраиваемых структурах (где перед локальным окислением формируется методом плазмохимического травления канавка в кремнии), необходимо два дополнительных параметра для полного описания формы «птичьего клюва» (Hbh1 и Hbh2). Длина «птичьего клюва» определяется уменьшением с двух сторон активной области и должна быть минимизирована для максимальной компактности. Высота окисла под нитридом (Hbb) и высота птичьего клюва (Hbh1, Hbh2) важны в отношении рельефа поверхности: гладкая поверхность, то есть небольшая шероховатость, снизить рельеф поверхности для ПКК-затворов. Несколько параметров процесса влияют на форму области оксида вблизи краёв маски:
1) На рисунке 2.5 и 2.6, отражено влияние области оксида и толщины нитрида на длину и высоту «птичьего клюва», иллюстрируется на заглубленной LOCOS структуре. Она имеет толщину локального окисла 600 нм, и выращена в парах при 950 °С. Очевидно, что длина «птичьего клюва» гораздо более чувствительна к изменению толщины оксидного слоя, чем его высота. Уменьшение толщины оксидной области приводит к значительному снижению «птичьего клюва». То есть лучше меньшая толщина поднитридного окисла, однако есть ограничения в его минимальной толщине, связанные с напряжением в нитриде и всей структуре, которые были описаны ранее. Зависимость «птичьего клюва» от толщины оксидной области связано с тем, что по более толстому поднитридному окислу легче проникает кислород под нитрид, что облегчает поступление окислителя под маску нитрида.
Рисунок 2.5 –– Зависимость длины «птичьего клюва» от толщины нитрида и оксидной области. Окисел, выращиваемый при 1000 °С до толщины приблизительно 600 нм
2) Наблюдается очень сильная зависимость как Lbb и Hbb от толщины нитрида. Из соображений изгибающего момента, усилие, необходимое для подъема нитрида определенной длины, пропорционально третьей степени толщины этого нитрида. Хотя механизм, участвующий в процессе окисления является более сложным, чем просто подъем пленки нитрида, основные идеи все еще могут применяться. Так же, более толстые слои нитрида более устойчивы к изгибу (они жестче), что приводит к более короткому по продолжительности «птичьему клюву».
Рисунок 2.6 –– Зависимость высоты «птичьего клюва» от толщины нитрида и оксидной области. Окисел, выращиваемый при 1000 °С до толщины приблизительно 600 нм
3) Длина «птичьего клюва» зависит от ориентации кристалла. <111> кремниевые пластины, показали более короткий по продолжительности «птичий клюв», чем пластины с ориентацией <100>. Кроме того было обнаружено, что при отсутствии локального окисла в структуре LOCOS, «птичий клюв» зависит от ориентации маски, вследствие того, что скорость поверхностной реакции является зависимой от ориентации кремния.
4) Отношение Lbb к толщине локального окисла уменьшается с увеличением толщины последнего до тех пор, пока не будет достигнута постоянная величина. В начале локального окисления, рост окисла ограничен скоростью поверхностной реакции, и скорость окисления под маской нитрида будет приблизительно равна скорости окисления в локальной области. По мере увеличения толщины локального окисла, кислород труднее проникает к кремнию и наступает насыщение в росте клюва.
5) Более высокие температуры окисления приводят к более короткому по продолжительности «птичьему клюву», а также к уменьшению высоты клюва под нитридом. Так как скорость реакции растет быстрее с ростом температуры, действительно наблюдается уменьшение «птичьего клюва». Температурную зависимость можно объяснить, используя следующий аргумент. Так как при более высоких температурах вязкость оксида уменьшается, он представляет меньшую нагрузку на нитрид маскирующего слоя и, следовательно, в меньшей степени вызывает подъем нитрида [12].