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晶圓制造中的“鳥(niǎo)喙效應(yīng)”（bird beak）

老虎說(shuō)芯|Tiger Chip|

2024-08-16 10:11:40 700

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

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(guò)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。

2. “鳥(niǎo)喙效應(yīng)”的形成原因

“鳥(niǎo)喙效應(yīng)”主要在氧化過(guò)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(zhǎng)，還會(huì)向水平方向（側(cè)向）擴(kuò)展。由于氮化硅層在氧化過(guò)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(zhǎng)，從而形成“鳥(niǎo)喙”。

b. 氧化應(yīng)力：在氧化過(guò)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(guò)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(zhǎng)，從而形成鳥(niǎo)喙?fàn)畹慕Y(jié)構(gòu)。

3. “鳥(niǎo)喙效應(yīng)”的影響：“鳥(niǎo)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(niǎo)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(guò)控制氧化溫度、時(shí)間和氣氛等參數(shù)來(lái)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(niǎo)喙效應(yīng)的影響。

從技術(shù)角度看，“鳥(niǎo)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(guò)對(duì)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。

免責(zé)聲明：本文采摘自“老虎說(shuō)芯”，本文僅代表作者個(gè)人觀(guān)點(diǎn)，不代表薩科微及行業(yè)觀(guān)點(diǎn)，只為轉(zhuǎn)載與分享，支持保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原出處及作者，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。

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