2.3 Выводы

1. Из приведенного выше материала следует, что одной из основных методов межкомпонентной субмикронной изоляции, является LOCOS изоляция. Данная структура изоляции используется как передовая. Она позволяет снижать потери в активной области и предотвращать утечки через переход.

2. Длина «птичьего клюва» в межкомпонентной изоляции 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. 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».

3. Многие из проблем, связанные со встроенной LOCOS изоляцией могут быть решены при помощи изоляции маски SideWall (SWAMI). Структура изоляции SWAMI, характеризуется маленьким «птичьим клювом», гладким рельефом поверхности и низкой плотностью дефектов подложки.

4. В нитридной полибуферной LOCOS (NPPBL структура), «птичий клюв» сохранен минимальным при помощи нитридного спейсера и измененного метода SILO. Снятие напряжения обеспечено инкапсулированным уровнем поликристаллического кремния.

5. Для Sealed-NPPBL изоляции более длительное время нитрирования приводит к ускоренной деградации тока утечки. Увеличение толщины нитрида в структуре Sealed-NPPBL, вместе с увеличением времени нитрирования, приводит к резкому увеличению утечки по периметру диода. Было установлено, что увеличение толщины поликремния до 75 нм улучшает производительность тока утечки за короткий период нитрирования (7 минут).

3 Маршруты создания передовых видов locos изоляции

Было выполнено моделирование основных структур LOCOS изоляции, а именно для 0,2, 0,35, 0,8 мкм КМОП технологических процессов (ПРИЛОЖЕНИЕ В). Так же были промоделированы новые виды изоляции LS­_LOCOS и PELOX, с помощью которых можно добиться уменьшения «птичьего клюва».

3.1 Ls_locos изоляция

План эксперимент представлен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – План-эксперимент изделия LS­_LOCOS

Рисунок	Операция	Пластина
	Окисление d=20 нм Осаждение Si3N4 d=200 нм	Все пластины
	ПХТ Si (kanavka) 20 нм	Выполнить только для четных пластин
	Осаждение Si3N4	№ 3, 4 – d=5 нм № 5-11 – d=10 нм № 12, 13 – d=15 нм
	Осаждение СТО	Осаждение СТО выполняется на пл. № 5, 6, 10, 11 - 50 нм пл. № 3, 4, 7, 8, 9, 12, 13 - 30 нм
	ПХТ СТО РЭМ контроль величины спейсеров по сколу	пл. № 5 – 50 нм, пл. № 13 – 30 нм
	ПХТ Si3N4 селективно к Si	№ 3,4 – d=5 нм № 6-11 – d=10 нм № 12 – d=15 нм
Продолжение Таблицы 3.1
	Хим. травление спейсера 200BCLEAN(55)
	Локальное окисление 975 ˚С 500 нм (на всех пластинах). РЭМ контроль величины «клюва», толщины локального окисла в узких и широких зазорах.	№ 3 –нитрид 5 нм+СТО30 № 4 – ПХТ Si+ нитрид 5 нм+СТО30 № 8 – ПХТ Si+нитрид 10 нм+СТО30 № 9 – нитрид 10 нм+СТО30 № 12 – ПХТ Si+нитрид 15 нм+СТО30
РЭМ контроль поверхности «запиток», величины «клюва», толщины локального окисла в узких и широких зазорах после снятия Si3N4, травления поднитридного окисла, пирогенного окисления 30 нм, травления окисла 30 нм, окисления 20 нм, травления окисла 20 нм.		№ 2 – ПХТ Si № 6 – ПХТ Si + нитрид 10 нм+СТО50 № 7 – нитрид 10 нм+СТО30 № 10 – ПХТ Si+нитрид 10 нм+СТО50 № 11 – нитрид 10 нм+СТО50

Моделирование с помощью программы SENTAURUS TCAD (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 –– Изоляция LS_LOCOS

Результаты паспортизации партии в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Результаты паспортизации партии

Контролируемый параметр	Требования	Фактические результаты
Контроль dSiO2 (бл. 3)	20±1,5 нм	пл. № 2 dср.=20,2 нм
Контроль dSiO2 (бл. 6)	20±1,5 нм	пл. № 3 dср.=19,4 нм пл. № 4 dср.=19,2 нм
Контроль dSi3N4 (бл. 7)	200±15 нм	dср.=201 нм СКО=0,64
Контроль л. р-ров (бл. 10)	0,4±0,04 мкм	пл. № 10 Крср.=0,396 мкм
Контроль л. р-ров (бл. 15)	0,4±0,04 мкм	пл. № 4 Крср.=0,382 мкм пл. № 9 Крср.=0,379 мкм
Контроль dSi3N4 (бл. 17)	5±0,5 нм 10±1 нм 15±1,5 нм	пл. № 3 dmin=5,34 нм dср.=5,4 нм dmax=5,47 нм СКО=1,53 пл. № 4 dmin=5,34 нм dср.=5,4 нм dmax=5,47 нм СКО=1,53 пл. № 5 dmin=10,5 нм dср.=10,6 нм dmax=10,8 нм СКО=0,9 пл. № 6 dmin=10,5 нм dср.=10,6 нм dmax=10,8 нм СКО=0,9 пл. № 7 dmin=10,5 нм dср.=10,6 нм dmax=10,8 нм СКО=0,9 пл. № 8 dmin=10,5 нм dср.=10,6 нм dmax=10,8 нм СКО=0,9 пл. № 9 dmin=10,4 нм dср.=10,5 нм dmax=10,7 нм СКО=1,1 пл. № 10 dmin=10,4 нм dср.=10,5 нм dmax=10,7 нм СКО=1,1 пл. № 11 dmin=10,4 нм dср.=10,5 нм dmax=10,7 нм СКО=1,1 пл. № 12 dmin=15,2 нм dср.=15,4 нм dmax=15,7 нм СКО=1 пл. № 13 dmin=15,4 нм dср.=15,6 нм dmax=15,9 нм СКО=1
Продолжение Таблицы 3.2
Контроль dСТО (бл. 18)	50±5 нм 30±3 нм	пл. № 5, 6, 10, 11 dmin=49 нм dmax=51,1 нм dср.=49,7 нм СКО=1,36 пл. № 3, 4, 7, 8, 9, 12, 13 dmin=29,8 нм dmax=31,3 нм dср.=30,7 нм СКО=1,71
Контроль dSiO2 (бл. 23)	500±20 нм	пл. № 2 dср.=507,3 нм
Контроль dSiO2 на акт. обл. (бл. 26)	>15 нм	пл. № 7 dmin=12,2 нм dmax=12,8 нм dср.=12,5 нм
Контроль dSiO2 (бл. 28)	30±1,5 нм	пл. № 7 dср.=43,6 нм пл. № 11 dср.=43,6 нм
Контроль dLOCOS (бл. 29)	>440 нм	пл. № 11 dmin=460 нм dmax=470,1 нм dср.=466,3 нм СКО=0,67
Контроль dSiO2 (бл. 31)	20±1 нм	пл. № 11 dср.=20,4 нм
Контроль dLOCOS (бл. 33)	>390 нм	пл. № 11 dmin=371,1 нм dmax=380,3 нм dср.=376,2 нм СКО=0,83

Пластина № 2 партии изъята после ПХТ Si₃N₄, Si (20 нм). По результатам РЭМ видно, что требование по профилю травления Si₃N₄ и Si выполнено (приложение Г, рисунок 1). Получен угол наклона боковой стенки Si₃N₄ (требования IMEC): 78º в узком зазоре, 73º в широком). Получен вертикальный профиль канавки в Si. Присутствует разброс по профилю травления Si₃N₄ и Si в узких и широких зазорах (невоспроизводимость профиля травления).

После ПХТ СТО получены следующие результаты:

пластина № 5 (приложение Г, рисунок 2):

d_Si3N4=208 нм, d_{спейсеров}=55 нм по сколу.

Размеры контролируемого элемента по сколу:

PC_32 d_{элемента}=600 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=389 нм (требования 0,4 мкм);

PC_33 d_{элемента}=637 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=556 нм (требования 0,6 мкм);

PC_34 d_{элемента}=662 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=716 нм (требования 0,8 мкм).

Размеры контролируемого элемента (вид сверху):

PC_32 – d_{элемента}=629 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=399 нм (требования 0,4 мкм);

PC_33 – d_{элемента}=662 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=568 нм (требования 0,6 мкм);

PC_34 – d_{элемента}=673 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=756 нм (требования 0,8 мкм).

Пластина № 13 (приложение Г, рисунок 3):

d_Si3N4=(203-211) нм, d_{спейсеров}=(24-27) нм по сколу;

размеры контролируемого элемента по сколу:

PC_32 – d_зазора=389 нм (требования 0,4 мкм);

PC_33 – d_зазора=563 нм (требования 0,6 мкм);

PC_34 – d_зазора=761 нм (требования 0,8 мкм).

Размеры контролируемого элемента (вид сверху):

PC_32 – d_{элемента}=629 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=391 нм (требования 0,4 мкм);

PC_33 – d_{элемента}=661 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=566 нм (требования 0,6 мкм);

PC_34 – d_{элемента}=679 нм (требования 0,6 мкм), d_зазора=751 нм (требования 0,8 мкм).

После локального окисления (до снятия Si₃N₄) проведен РЭМ контроль величины «клюва» и толщины локального окисла в узких и широких зазорах на пластинах № 3, 4, 8, 9, 12 (таблица 3.3).

Таблица 3.3 – Результаты РЭМ контроля скола пластин после локального окисления

Пл. №	Операции	Величина «клюва», нм			Толщина LOCOS, нм
		min	ср	max	в узком зазоре	в широком зазоре
3 приложение Г, рисунок 4	Si3N4 5 нм+СТО30	466	559	724	452,5	481
4 приложение Г, рисунок 5	ПХТ Si+ Si3N4 5 нм+СТО30	468	508,25	548	445,7	487
Продолжение Таблицы 3.3
8 приложение Г, рисунок 6	ПХТ Si+ Si3N4 10 нм+СТО30	433	547,7	681	437	484,5
9 приложение Г, рисунок 7	Si3N4 10 нм+СТО30	460	509	544	466	512
12 приложение Г, рисунок 8	ПХТ Si+ Si3N4 15 нм+СТО30	305	387,5	516	394,7	466

По результатам РЭМ контроля видно, что величина «клюва» составляет от 0,3 мкм до 0,7 мкм. Края маски Si₃N₄ немного подняты окислом, процесс локального окисления пошёл под маску Si₃N₄ вдоль границы с кремнием. Слой Si₃N₄ такой толщины не может быть маской при локальном окислении. После окончания маршрута проведен РЭМ контроль поверхности пластин № 2, 6, 7, 10, 11 (таблица 3.4).

Таблица 3.4 – Результаты РЭМ контроля поверхности пластин после окончания маршрута

Пл. №	Операции	«Запитка», нм		Элемент прямоугольной формы, «клюв», нм		Контролируемый элемент PC_32, нм
		размер	«клюв»	боковой	в торце	«клюв»		зазор	элемент
						в торце	боковой
6 приложение Г, рисунок 10	ПХТ Si + Si3N4 10 нм + СТО50	610	159	132-288	175-310	661	88,2-168	675	313	Отдельные элементы почти полностью закрыты локальным окислом
Продолжение Таблицы 3.4
7 приложение Г, рисунок 11	Si3N4 10 нм + СТО30	295	326	294-471	373-520	-	-	496	486	Отдельные элементы полностью закрыты локальным окислом
10 приложение Г, рисунок 12	ПХТ Si + Si3N4 10 нм + СТО50	680	183,5	181-313	172-304	645	84,3-134	665	332	Отдельные элементы полностью закрыты локальным окислом
11 приложение Г, рисунок 13	Si3N4 10 нм + СТО50	481	250,5	214-342	230-317	774	99,2	759	233	Прямоугольные элементы рядом с «запитками» имеют волнообразную форму. Отдельные элементы полностью закрыты локальным окислом

Пластины №№ 6, 7, 10, 11 переданы в цех для окисления под затвор, осаждения ПКК. После этого будут проанализированы декорированные сколы на РЭМ. Пластина №2 была оставлена на маршруте для сравнения величины «клюва» по стандартному процессу и по процессу LS_LOCOS. На пластине № 2 должно было быть выполнено: ПХТ Si₃N₄ (200 нм), ПХТ Si (20 нм), локальное окисление (500 нм). По результатам РЭМ контроля (приложение Г, рисунок 9) обнаружено, что на пластине №2 ошибочно стравлен весь Si₃N₄ (на операции ПХТ Si₃N₄ бл. 20), локальный окисел вырос по всей поверхности пластины.