隔离技术-ST与LOCOS的区别.docVIP

隔离技术简介 一、隔离的目的： 完整的电路是由分离的器件通过特定的电学通路连接起来的，因此在集成电路制造中必须能够把器件隔离开来，这些器件随后还要能够互连以形成所需要的特定的电路结构。隔离不好会造成漏电、击穿低、闩锁效应等。因此隔离技术是集成电路制造中一项关键技术。 ? 二、隔离技术的要求 隔离区域的面积尽量要小 表面尽量平坦，台阶要小 制造过程中不增加缺陷（栅氧完整性，二极管漏电） 器件特性不变（短沟道效应） 工艺复杂度尽量要小，并和先前以及未来的工艺兼容。 ? 三、常见的隔离工艺技术 结隔离（多用在双极） 局部硅氧化隔离 LOCOS （ 全称是：LOCal Oxidation of Silicon）（多用在亚微米以前的工艺） 基于LOCOS 的技术，如PBL（Polybuffered? LOCOS)、PELOX等。 沟槽隔离（trenchrefill），浅沟槽隔离（STI） ? 四、 LOCOS隔离： 1）LOCOS 0.5微米以上的MOS工艺器件之间的场氧隔离一般采用LOCOS结构，它具有制作简单的特点，在3~0.6μm的工艺中被广泛采用，缺点是隔离区会形成鸟嘴，减小了有源区的有效长度。LOCOS结构的制作过程是利用SiN薄膜掩蔽氧化层的特点，先在器件的有源区覆盖一层SiN，接着在暴露的隔离区场区通过湿氧氧化生长一层较厚的氧化层，最后去除SiN层，形成有源区，在有源区中制作器件。 LOCOS的工艺流程示意图如下： 鸟嘴的尺寸可以通过增加氮化硅厚度和减少有源区氧化层厚度的方法来减小，但是这样做会增加应力，导致缺陷增加。从器件的角度分析，鸟嘴的存在具有两个重要的影响： （1）氧化层侵蚀导致器件的有效宽度减小，从而减小了晶体管的驱动电流。 （2）场氧化导致场注入剂扩散到有效区域的边缘。 鸟嘴的SEM示意图 LOCOS的其他缺点还包括白带效应和Kooi氮化效应。 白带效应是指在氮化物的边缘下，硅表面上形成氮氧化合物的情况。白带效应是由Si3N4与周围高温高湿环境相互作用而引起的，二者相互作用的结果是生成NH3并扩散到Si/SiO2表面。这些氮化物在有源区周围呈现为白色的条带状，这会使后面形成的有源区中热氧化层击穿电压的下降。 场氧减薄效应是指随着线宽的较小，隔离的区域也越来越小，没有足够的面积来使硅充分氧化，所以就造成场氧减薄。线宽越小，这种效应越明显。 2）改进的LOCOS结构： 随着器件尺寸的缩小，沟道长度进一步缩小，LOCOS结构所带来的影响了有源区长度，为了减小鸟嘴，出现了改进的LOCOS结构，PBL和PELOX结构。PBL（poly buffer LOCOS多晶衬垫LOCOS）结构是在掩蔽氧化层的SiN和衬底SiO2之间加入一层薄多晶，这样减小了场氧生长时SiN薄膜的应力，也减小了鸟嘴。PELOX（poly encapsulated Locol Oxidation多晶镶嵌LOCOS）结构是在SiN层的顶部和侧部嵌如多晶或非晶薄膜，然后在生长场氧，它同样能减小鸟嘴。上述2种结构增加了工艺的复杂性，一般用于0.5~0.35μm的工艺中。 （1）PBL隔离 PBL结构示意图 ? PBL工艺的特点 ?????????? 在有源区氧化层和氮化硅之间的非晶层释放了部分应力 ?????????? 使用非晶，而不是多晶的原因是因为这样做Qbd结果更好。 ?????????? 鸟嘴更小的代价是 1）工艺的复杂性增加 2）埋层场氧更少了 3）腐蚀的难度增大 PBL隔离技术，可以成功的运用在亚微米线宽的工艺上。 （2）PELOX隔离 PELOX隔离工艺流程 此工艺可以延伸到0.18μm，但是由于场氧减薄的效应，无法继续向更深亚微米工艺延伸。 3）STI隔离： 随着器件向深亚微米发展，改进的LOCOS结构仍有应力和鸟嘴问题，并存在场氧减薄效应，于是出现了STI（shallow trench isolation浅沟槽隔离）隔离技术，在0.25μm及以下技术节点中，STI隔离技术被广泛采用。 STI隔离技术的基本流程 先淀积氮化硅，然后在隔离区腐蚀出一定深度的沟槽，再进行侧墙氧化，用CVD法在沟槽中淀积SiO2，最后通过CMP法平坦化，形成沟槽隔离区和有源区。 STI隔离的工艺流程 和LOCOS隔离技术相比，STI隔离技术具有如下优点： 更有效的器件隔离的需要，尤其是对于DRAM器件而言；对晶体管隔离而言，表面积显著减小；超强的闩锁保护能力；对沟道没有侵蚀；与CMP技术兼容；有源区倾斜角度非常小；线宽减小后仍然可以使用；表面非常平坦，有利于下一步工艺的加工。它的缺点主要是工艺成本更贵，更复杂。但是和它的优点相比，成本的增加是可以接受的。