文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

本文介紹了LOCOS工藝中“鳥喙效應(yīng)”的形成原因和解決措施。

集成電路采用LOCOS（Local Oxidation of Silicon）工藝時會出現(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。

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。

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產(chǎn)生應(yīng)力。硅氧化生成二氧化硅時，體積會增加約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。