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晶圓制造中的“鳥喙效應(yīng)”(bird beak)

發(fā)布時(shí)間:2024-08-16作者來源:薩科微瀏覽:2471

集成電路采用LOCOS(Local Oxidation of Silicon)工藝時(shí)會(huì)出現(xiàn)“鳥喙效應(yīng)”(bird beak),這是一種在氧化硅生長過程中,由于氧化物側(cè)向擴(kuò)展引起的現(xiàn)象。

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1. LOCOS工藝的基本步驟

圖形化工藝:在硅片上使用光刻技術(shù)定義需要氧化的區(qū)域。

硝化硅層沉積:在硅片表面沉積一層氮化硅(Si3N4),作為氧化掩膜。

氧化過程:在高溫下通入氧氣或水蒸氣,使暴露的硅區(qū)域氧化,形成二氧化硅(SiO2)。

去除掩膜:去除氮化硅層,留下氧化區(qū)域。


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2. “鳥喙效應(yīng)”的形成原因

“鳥喙效應(yīng)”主要在氧化過程中形成,其原因可以分解為以下幾個(gè)方面:

a. 氧化物的側(cè)向擴(kuò)展:在LOCOS工藝中,氧化不僅向垂直方向(向下)生長,還會(huì)向水平方向(側(cè)向)擴(kuò)展。由于氮化硅層在氧化過程中起到掩膜的作用,但其邊緣部分仍然會(huì)受到氧化介質(zhì)的影響,這導(dǎo)致了氧化物在氮化硅邊緣下方的生長,從而形成“鳥喙”。

b. 氧化應(yīng)力:在氧化過程中,硅和二氧化硅之間的體積膨脹差異會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。硅氧化生成二氧化硅時(shí),體積會(huì)增加約2.2倍,這種體積膨脹導(dǎo)致了氧化物在邊緣區(qū)域的應(yīng)力集中,從而促使氧化物向側(cè)向擴(kuò)展。

c. 氮化硅邊緣效應(yīng):氮化硅在LOCOS工藝中的作用是阻止氧氣或水蒸氣滲透,但在氮化硅邊緣附近,氮化硅的覆蓋效果會(huì)有所減弱,部分氧氣或水蒸氣可以通過氮化硅的邊緣滲透到硅表面,引發(fā)邊緣硅的氧化。這種邊緣效應(yīng)導(dǎo)致了氧化物的側(cè)向生長,從而形成鳥喙?fàn)畹慕Y(jié)構(gòu)。

3. “鳥喙效應(yīng)”的影響:“鳥喙效應(yīng)”會(huì)導(dǎo)致LOCOS工藝中氧化層的精度降低,影響器件的特性,尤其在小尺寸器件中更為顯著。為了減小“鳥喙效應(yīng)”,通常會(huì)采取以下措施:

改進(jìn)掩膜材料:使用更有效的掩膜材料以減少邊緣滲透。

優(yōu)化工藝參數(shù):通過控制氧化溫度、時(shí)間和氣氛等參數(shù)來減少側(cè)向擴(kuò)展。

使用替代技術(shù):例如采用淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation, STI)技術(shù),避免鳥喙效應(yīng)的影響。

從技術(shù)角度看,“鳥喙效應(yīng)”是由于LOCOS工藝中氧化物的側(cè)向擴(kuò)展和氮化硅掩膜的邊緣效應(yīng)所導(dǎo)致。通過對工藝參數(shù)和材料的優(yōu)化,可以減小這種效應(yīng),但在現(xiàn)代微電子制造中,替代技術(shù)(如STI)已經(jīng)逐漸取代了LOCOS工藝,以提高器件的集成度和性能。


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