Study on the Material and Electrical Characteristics of the New Semi-Recessed LOCOS by Room Temperature Plasma Nitridation

상온 플라즈마 질화막을 이용한 새로운 부분산화공정의 물성 및 전기적 특성에 관한 연구

Room Temperature Plasma Nitridation of silicon was investigated as a new LOCOS (local oxidation of silicon) process in order to reduce the bird's beak length. In $N_2$ plasma formed by 100kHz, 400W AC power, a thin silicon nitride film (<100${\AA}$) was uniformly grown on a silicon substrate. SEM studies showed that the nitride layer formed by this method can effectively protect the silicon from oxidation and reduce the bird's beak length to $0.2{mu}m$ when 4000${\AA}$ field oxide is grown. This is a considerable improvement comparing with 0.7${mu}m,$ the bird's beak, for the conventional LOCOS process using a thick LPCVD nitride. No appreciable crystalline defect could be found around the bird's beak with SEM cross-section afrer Secco etch. Leakage current tests were carried out on the $N^+/P^-$ well and $P^+/N^-$ well diodes formed by this new LOCOS process. The electrical tests indicate that this new process has electrical properties similar or superior to those of the conventional LOCOS process.

부분산화공정(LOCOS : local oxidation of silicon)에서 발생하는 새부리의 길이를 줄이기 위하여 상온 플라즈마 질화막을 잉요한 시로운 공정에 대해 연구하였다. 400W, 100kHz의 교류 전력에 의한 질소 플라즈마로 실리콘 위에 두께가 $100{\AA}$ 미만의 균일한 실리콘 질화막을 형성시킬 수 있었다. 이렇게 형성된 질화막은 실리콘을 4000${\AA}$두께로 산화시키는 공정에서 실리콘의 산화를 효과적으로 방지할 수 있었고 새부리의 길이를 0.2${mu}m$로 감소시킬 수 있다는 것을 SEM 단면도로 확인하였다. 이 길이는 두꺼운 LPCVD 질화막을 이용한 기존의 부분산화공정에서의 0.7${mu}m$ 보다 훨씬 줄어든 것이다. Secco에칭 후 SCM으로 단면을 보았을때 새부리 근처에서 결정 결함을 관찰할 수 없었다. 이 새로운 LOCOS공정으로 $N^+/P^-\;well,\;P^+/N^-$ well 다이오드를 만들어 누설전류를 측정하였다. 그 결과 기존의 LOCOS 공정에 의한 성질보다 우수하거나 동등한 성질을 나타내었다.