2.2.3.2 Полибуферный locos (pbl)
Как указано в разделе 2.2.1.3, в обычном LOCOS «птичий клюв» может быть уменьшен за счет уменьшения толщины локального окисла, или за счёт увеличения толщины нитрида. Эти процессы имеют ряд недостатков, наиболее важный из которых, является вынужденное увеличение напряжений в структуре, т.е. формирование дефектов в кремнии. В структуре изоляции полибуферного LOCOS, увеличение напряжения можно избежать, вставив слой поликремния между локальным окислом и нитридом. В результате, более тонкие оксидные области и толстые нитриды могут быть использованы для снижения «птичьего клюва», сохраняя при этом напряжение на низком уровне. Боковое нарастание может быть легко уменьшено до 0,1 мкм с каждой стороны для оксидной области 800 нм (рисунок 2.8).
Рисунок 2.8 –– Схематическое изображение полибуферной LOCOS изоляции, до и после окисления
Слой поликристаллического кремния затрудняет изготовление бездефектных поверхностей активных элементов после окисления, так как в дополнение к слою нитрида, там теперь должна проводиться дополнительная операция для удаления неокисленного поликремния под маской нитрида. Это обычно делается плазменным травлением или окислением, а также протравливанием. В зависимости от размера зерен поликремния, он может оставить после себя очень грубые края активного элемента и ямки травления на подложке (из-за пустот в поликремнии), которые могут привести к дефектности подзатворного окисла. При использовании аморфного кремния в качестве BUFER слоя, может быть значительно снижено огрубление на краях, а также уменьшена проблема ямок на подложке. Данная проблема напрямую связана с размером зерна поликремния во время локального окисления. Недавно был предложен способ, который отлично зарекомендовал себя в сокращении проблемы появления ямок. Чтобы предотвратить рекристаллизацию аморфного кремния, в него имплантируют азот, перед внесением нитрида. Однако, аморфный кремний не уменьшает напряжение [16].
2.2.3.3 SWAMI
Многие из проблем, связанные со встроенной LOCOS изоляцией могут быть решены при помощи изоляции маски SideWall (SWAMI). Она включает в себя много идей, которые привели к реализации современных структур изоляции, используемых в современных глубинных субмикронных процессах. В оригинальной структуре, используется RIE травление Si3N4 и SiO2 для определения активной области. Идёт вытравливание мелкой канавки, сопровождающееся повторным окислением при высокой температуре, чтобы сгладить её углы. Далее, наносится второй слой Si3N4 и SiO2 и формируются спейсеры, т.е. остается пристеночный окисел. Процесс изоляции завершается пирогенным окислением, чтобы вырастить оксидную область. Структура изоляции SWAMI, характеризуется маленьким «птичьим клювом», гладким рельефом поверхности и низкой плотностью дефектов подложки. После демонстрации исходной структуры, несколько модификаций были оценены и успешно реализованы (смотреть рисунок 2.9).
Исходная структура SWAMI была сильно склонна к дефектной генерации из-за вертикальных боковых стен канавки и толстого нитрида у её основания. Эта проблема может быть устранена с помощью наклонной боковой стенки, как показано на рисунке 2.9 (а). После формирования пристеночного окисла выполняют дополнительное травление кремния и образуется двойная структура травления SWAMI (рисунок 2.9 (б)). Савада и другие показали, что последняя структуру, хотя и более сложная, с точки зрения обработки, но приводит к гораздо более низким токам утечки. Поводом для увеличения производительности является гладкая оксидная область интерфейса кремния в двойной структуре травления SWAMI. Более гладкий профиль «птичьего клюва», как правило, приводит к уменьшению напряжения подложки и, следовательно, снижает склонность к образованию дефектов.
а – изображение травления кремния до формирования пристеночного окисла; б – двойное травления кремния до и после формирования спейсеров.
Рисунок 2.9 –– SWAMI-изоляция
Подробное просвечивание электронного микроскопа (РЭМ) и электрический анализ наклонного единственного и двойного процесса травления SWAMI, проводили Claeys и соавторы. В двойной структуре травления SWAMI, практически не наблюдались поверхностные дефекты. Кроме того, плотность объёмных дефектов остается значительно ниже, чем в единственном процессе травления SWAMI и не наблюдается плотные дислокационные решётки. Эти результаты подтверждают идею, что более гладкий профиль оксидной области, действительно приводит к уменьшению напряжения подложки [17].