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功率半导体制造中里程碑式的技术:硅局部氧化隔离技术(LOCOS)

2026-03-02 09:29:53

硅的局部氧化(LocalOxidationofSilicon)技术目的是在衬底Si片上的特定区域上生长一层厚的SiO2,而在非此区域上阻止形成氧化层,形成隔离区域。

其主要作用是隔离相邻晶体管或有源区,降低结电容,同时改善闩锁效应。而且其作为场氧,其下表面反型阈值较高,不易形成寄生沟道。此外,像IGBTSiC等高压器件的边缘终端区域,还可用于平坦化、绝缘、支撑场板结构等。

LOCOS工艺过程

1、生长前置氧化层(PadOxide),一般为15-30nm,此目的是为了缓冲Si3N4对衬底的应力;

2、生长Si3N4,一般通过LPCVD生长100-200nm,这是场氧化的阻挡层;

3、进行有源区(ActiveArea)光刻、刻蚀及离子注入等加工处理;

4、场区氧化,通过高温湿氧形成局部场氧化隔离;

5、湿法腐蚀,去除Si3N4

LOCOS隔离技术中关键问题

鸟嘴效应(BirdBeak)和白带效应(KooiSi3N4

1、场氧层下的横向氧化形成的鸟嘴效应(BirdBeak

这是目前LOCOS技术最显著的缺点,因为在氧化过程中,氧气会从Si3N4边缘下方横向侵入,导致场氧区域有向非场氧区域内部延伸的趋势,从而形成了一个类似于鸟嘴形状的过渡区。

鸟嘴效应不但会与LOCOS场区氧化层的厚度呈正比,也与前置PadOxide的厚度呈正比,通常鸟嘴效应伸入Si3N4层下方的尺寸不小于前置氧化层的厚度,而且鸟嘴效应会随着LOCOS场氧层或前置氧化层的厚度而增大的愈发明显。

鸟嘴效应影响了有源区面积,使其偏离版图设计面积,而且其会影响离子注入精度,易产生非预期的杂质横向扩散,这是对器件致命的影响。

改善鸟嘴效应的措施:

其一是减小前置氧化层厚度,但是前置氧化层厚度的减小会带来Si3N4对衬底应力的恶化影响;

其二是降低LOCOS场氧厚度,但是降低场氧厚度会影响隔离效果。

实际工程是需要对上述两种尺寸综合折中设计考虑。

2、白带效应(KooiSi3N4效应)

LOCOS场氧是在高温高湿的环境下反应生长,而Si3N4本身也会在这个环境中生成NH3NH3也会存在扩散到Si/SiO2界面,并在界面处与Si反应生成Si3N4的现象。这种情况下生成的Si3N4会在边缘形成一条白带,并影响后续生长的栅氧(GateOxideGOX)质量,并且导致栅氧耐压降低。

为了改善这种现象,目前最常用的就是在生长GOX前先生长一层牺牲氧化层(SAC),通过SAC来将白带区域的Si3N4消耗掉,再利用湿法腐蚀去除SAC,这样可以非常有效的减轻白带效应。

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作者: 深圳市亿伟世科技有限公司
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功率半导体制造中里程碑式的技术:硅局部氧化隔离技术(LOCOS)
硅的局部氧化(LocalOxidationofSilicon)技术目的是在衬底Si片上的特定区域上生长一层厚的SiO2,而在非此区域上阻止形成氧化层,形成隔离区
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