2.2.4 Изоляция, ограниченная нитридом (nppbl)

Новая структура изоляции, а именно нитридный полибуферный LOCOS (NPPBL структура), сочетает в себе многие функции, обсужденные в предыдущих разделах, а также преимущества в электрической производительности, с точки зрения токов утечки, в сравнении со стандартным PBL. В этой схеме изоляции, «птичий клюв» сохранен минимальным при помощи нитридного спейсера и измененного метода SILO.

2.2.4.1 Структура nppbl изоляции

Последовательность процесса изоляции NPPBL проиллюстрирована на рисунке 2.11. После роста области окисления на 15 нм при 950 °C в O_2, уровень поликристаллического кремния (50 нм или 75 нм) осаждают с последующим LPCVD из Si₃N₄ (150 нм или 200 нм). Впоследствии, область, где будет локальный окисел изоляции и поликристаллический кремний вытравлены изотропным образом, используя плазму CF₄/O₂, чтобы создать полость приблизительно 100 нм длиной. Чтобы избежать прямого контакта между спейсером нитрида и кремниевой подложкой, осуществляется повторное окисление для увеличения толщины области окисления на 10 нм.

Прежде, чем внести нитридный спейсер (50 нм) и вытравить его анизотропным образом, должно быть выполнено термическое нитрирование (процесс окисления кремния с добавлением закиси азота NO₂, когда азот встраивается в структуру SiO₂ и изменяет его свойства), чтобы локально изолировать интерфейс. Чтобы проверить полностью ли Si₃N₄ заполнил полость, был проведён эксперимент на тестовой структуре с нависающим краем ПКК.

а – рост оксидной области и дополнительное нитрирование с последующим осаждением и формированием слоев поликремния и нитрида; б – Образование канавки в слое поликристаллического кремния; в – формирования нитридного спейсера.

Рисунок 2.11 –– Схематическое представление последовательности процесса NPPBL

Рисунок 2.12 ясно показывает, что осаждение нитрида по LPCVD не должно создавать проблем в заполнении полости. После имплантации, область оксида была выращена в парах окружающей среды при температуре 975 °С до толщины 600 нм.

Рисунок 2.12 –– Осаждение нитрида кремния на тестовую структуру. Обратить внимание на конформное осаждение Si₃N₄, что указывает на очень низкий коэффициент прилипания

NPPBL можно рассматривать как 2 параллельные структуры изоляции: в начале процесса окисления структура действует как стандартная LOCOS изоляция. Как только нитрид начинает подниматься из-за бокового окисления, полибуферная LOCOS доминирует над обычной структурой изоляции, и напряжение, вызванное процессом, уменьшается.

Как указано в предыдущем пункте, с целью еще большего снижения бокового вторжения в Sealed-NPPBL структуре, был исследован модифицированный SILO метод. В стандартном процессе SILO/RTN, на каком-то участке формируется нитридизированный окисел, затем осаждается маска нитрида. После удаления слоёв маскирования, (окси) нитрид также должен быть удален. Это усложняет процесс изоляции и часто приводит к расширенным токам утечки и уменьшению целостности окиси логического элемента. Альтернатива, которая позволяет избежать этих проблем и является столь же эффективной, как в стандартном процессе, является локализованное SILO/RTN. В этом методе быстрое термическое нитрирование выполнено как заключительный этап формирования структуры изоляции. Он основан на боковой диффузии NH₃ под маску нитрида. Для того чтобы охарактеризовать эффективность локализованного нитрирования, был создан эксперимент для измерения эффективного расстояния этого процесса под краями маски. Процесс такой – выполняют ПХТ маски нитрида и окисла, подтравливают термический окисел под маской нитрида, затем выполняют нитридизацию –– выращивание термического окисла с добавлением закиси азота NO₂, когда азот встраивается в структуру SiO₂ и изменяет его свойства. Нитридизированный окисел (не под маской нитрида) в открытых местах стравливают и выполняют локальное окисление. Все это нужно для того, что бы уменьшить клюв локального окисла –– слой нитридизированного окисла препятствует окислению кремния (кремний окисляется более медленно). Эффективное расстояние данного процесса под маской нитрида может быть измерено путем записи профиля поверхности с использованием атомно-силовой микроскопии, как показано на рисунке 2.13. Это измерение четко показывает, что расстояние нитрирования приблизительно 0,15 мкм для 14-минутного отжига NH₃ при температуре 1000 °C.

Рисунок 2.13 –– Измерение атомно-силовой микроскопией степени RTN под нитридной маской. NH₃ отжигали 14' при 1000 °С

Структура изоляция похожая на Sealed-NPPBL структуру, была показана Sung и соавторами. В изолированных полибуферных LOCOS «обратной L-формы» (RLSPBL), вместо буферного слоя поликристаллического кремния, создаётся подрезание области окисления. Создание путём травления полости в поликремнии, обеспечивает гибкость процессов. В Sealed-NPPBL структуре, « edge-LOCOS» композиция может быть более легко оптимизирована с помощью различных толщин слоёв буферного поликремния, а также переокисной толщины, неограниченной первоначальной толщиной оксидной области. Кроме того, локализованный SILO/RTN обеспечивает полную изоляцию интерфейса, существенно увеличивая толщину нитрида или уменьшая толщину оксидной области, что может быть выполнено только в структуре RLSPBL.