Methode om componenten van elkaar te isoleren door alleen de niet met een nitridelaag bedekte delen dik te oxideren. Aan de randen ontstaat een vogelsnavelvormige inkruiping (bird's beak); is tegenwoordig vervangen door STI.
Japanse benaming: LOCOS
“LOCOS” komt voor in 7 oefenvragen uit 3 onderwerpen, bijv. Oxidatie en diffusie, Laagafzetting (CVD, PVD), Etsen.
Vakgebied: Oxidatie en diffusie
LOCOS (local oxidation of silicon) begint met een dun padoxide, gevolgd door een laag siliciumnitride die zo wordt gepatroneerd dat ze de toekomstige actieve gebieden bedekt. Daarna wordt de wafer geoxideerd, meestal in stoom bij hoge temperatuur. Nitride houdt zuurstof en water tegen, dus alleen het blootliggende silicium groeit een dik veldoxide, doorgaans honderden nanometers. Omdat oxidatie silicium verbruikt, ligt een deel van dat oxide onder het oorspronkelijke oppervlak. Ten slotte wordt het nitride gestript in heet fosforzuur (rond 160 °C) en wordt het padoxide verwijderd, waarna eilanden van kaal silicium overblijven, omringd door veldoxide.
Oxidant diffundeert zijwaarts door het padoxide onder de rand van het nitride, zodat oxide zich als een wig onder het masker schuift en de rand ervan optilt. Deze bird's beak kan aan elke kant ruwweg de helft van de veldoxidedikte doordringen, wat de bruikbare actieve breedte verkleint en een ondergrens stelt aan de isolatiepitch. Het padoxide kan niet zomaar worden weggelaten om dit te voorkomen, omdat het het silicium beschermt tegen de mechanische spanning van het nitride. LOCOS laat ook een stap in het oppervlak achter die latere lithografie bemoeilijkt, en het kooi-effect (white ribbon) kan het silicium aan de maskerrand nitreren; met een opofferingsoxidatie en strip wordt dat nitride verwijderd voordat het gateoxide wordt gegroeid.
Elke draad die over het isolatiegebied loopt, gedraagt zich als een gate, met het veldoxide als diëlektricum en naburige diffusies als source en drain. Door het veldoxide honderden nanometers dik te maken, meer dan 100 keer een typisch gateoxide, komt de drempelspanning van deze parasitaire veldtransistor ruim boven de voedingsspanning te liggen, zodat hij nooit aangaat. Vaak wordt onder het veldoxide een channel-stop-implantatie toegevoegd om die drempel verder te verhogen.
Shallow trench isolation (STI) etst trenches van ongeveer 200–300 nm diep, vult ze met CVD-oxide en vlakt af met chemisch-mechanisch polijsten (CMP), waarbij nitride als polijststop dient. Het resultaat is vlak en kent geen laterale indringing, zodat de isolatie veel smaller kan worden, en dezelfde aanpak isoleert de fins van FinFET's. STI verdrong LOCOS rond de generatie van 0,25 µm. LOCOS leeft voort in oudere processen met grotere geometrieën, waar eenvoud belangrijker is dan dichtheid, en varianten zoals poly-buffered LOCOS werden ontwikkeld om de beak in te korten zonder hem te elimineren.
Antwoord: C. Bird's beak
Bij LOCOS worden de delen die met een nitridefilm zijn bedekt niet geoxideerd, maar het oxidatiemiddel diffundeert zijdelings door de pad-oxide onder de nitridefilm en de oxidatie schrijdt voort, waardoor de oxidefilm als een vogelsnavel indringt (bird's beak). De indringing kan aan één zijde ongeveer de helft van de oxidedikte bedragen en vermindert het werkzame oppervlak van het element, dus werd LOCOS vanaf ongeveer de 0,25 µm-generatie door STI met gleuven vervangen. De pad-oxide is nodig om het silicium te beschermen tegen de spanning van de nitridefilm.
Antwoord: C. Het veldoxide is veel dikker
Veldoxide wordt dik gemaakt, ongeveer enkele honderden nm, zodat tussen bedrading die erover loopt en het silicium geen parasitaire transistor aangaat; hoe dikker, hoe hoger de drempelspanning van de parasitaire transistor. Gate-oxide daarentegen is zeer dun, ongeveer enkele nm, om het veld van de gate sterk naar het kanaal over te brengen, zodat het verschil meer dan een factor 100 bedraagt. Op dezelfde chip worden ook dikkere gate-oxiden voor in- en uitgangen gecombineerd.
Dat is de wig van oxide die lateraal onder de rand van het nitridemasker groeit, doordat oxidant door het padoxide diffundeert. Hij kan per kant ongeveer de helft van de veldoxidedikte bereiken en vreet het actieve gebied aan.
De bird's beak en de stap in het oppervlak verhinderden smalle, vlakke isolatie naarmate componenten kleiner werden. STI geeft verticale, afgevlakte isolatie zonder indringing en werd rond de generatie van 0,25 µm de standaard.
Tijdens stoomoxidatie kan ammoniak die uit het nitridemasker ontstaat het siliciumoppervlak nabij de maskerrand nitreren, wat later plaatselijk dun of zwak gateoxide veroorzaakt. Er wordt een opofferingsoxide gegroeid en gestript om het te verwijderen.
Bij LOCOS worden de delen die met een nitridefilm zijn bedekt niet geoxideerd, maar het oxidatiemiddel diffundeert zijdelings door de pad-oxide onder de nitridefilm en de oxidatie schrijdt voort, waardoor de oxidefilm als een vogelsnavel indringt (bird's beak).
Hoe heet bij LOCOS (selectieve oxidatie) het verschijnsel w…LOCOS, dat vroeger de hoofdmethode was, kon de isolatiebreedte niet verkleinen door het bird's beak, waarbij de oxidefilm zijdelings indringt, en liet ook stappen in het oppervlak achter, en werd vanaf ongeveer de 0,25 µm-generatie door STI vervangen.
Welke methode wordt hoofdzakelijk gebruikt voor elementisol…Met thermische oxidatie gemaakt SiO2 heeft een hoge isolatie en een goede grensvlakkwaliteit met silicium, en is gebruikt voor de gate-isolator van MOSFET's, de isolatie die elementen elektrisch scheidt (LOCOS, liner van STI), maskers voor ionenimplantatie en diffusie, en oppervlaktebescherming bij implantatie.
Welk gangbaar gebruik van thermische oxidefilm van silicium…Siliciumnitride laat zuurstof, vocht en ionen zoals natrium moeilijk door, is hard en heeft een goede etsselectiviteit ten opzichte van oxide, zodat het wordt gebruikt als masker voor selectieve oxidatie (LOCOS), als CMP-stopper bij de vorming van STI, als passiveringslaag die het chipoppervlak beschermt, als etsstopper en hardmasker, als spacer van de gate en als bescherming bij zelfuitgelijnde contacten.
Welke toepassing van siliciumnitridelagen (Si3N4) is juist?Het wordt gebruikt voor het verwijderen van nitridefilms die na de vorming van LOCOS of STI als masker zijn gebruikt, en voor 3D NAND, waar uit afwisselend gestapelde oxide- en nitridelagen alleen het nitride wordt verwijderd om door het metaal van de wordlijnen te worden vervangen.
Welke chemische oplossing wordt over het algemeen gebruikt …STI (shallow trench isolation) Vogelsnavel (bird's beak) CMP Drempelspanning (threshold voltage) Lint CVD FinFET Thermische oxidatie Ionenimplantatie Selectiviteit