微电子概论（第3版）课件3-9A_隔离技术.pptx

目录1．常规pn结隔离3.9隔离技术2．局部氧化隔离3．沟槽隔离4．基于SOI技术的隔离

集成电路中的各种元器件是制作在同一块半导体材料衬底上的，为了使这些元器件之间不会通过衬底发生短路，就应该使其在电学上隔离，因此隔离技术是集成电路的重要技术之一。作为一种实用而有效的隔离技术，除了必须具有可靠的“隔离”功能外，还应与现有平面工艺兼容。双极集成电路长期采用pn结隔离技术。MOS集成电路出现时采用局部氧化隔离技术。随着集成电路的发展，为了克服传统隔离技术在电学特性、占用芯片面积等方面存在的问题，隔离技术也不断得到发展。目前无论是双极集成电路还是MOS集成电路，均越来越多地采用“沟槽隔离（TrenchIsolation）”技术。

(1)常规pn结隔离原理1．常规pn结隔离pn结隔离方法的核心是将不同的元器件之间用背靠背的pn结隔开，并且将P区接至电路中的最低电位，使得这些起隔离作用的pn结处于反偏状态。1960s年代实现批量生产的集成电路是双极集成电路，其中采用的隔离方法就是pn结隔离。制备集成电路采用的是p-Si晶圆。pn结隔离工艺的核心是平面工艺的“选择性掺杂”。

(2)pn结隔离工艺步骤步骤一：外延生长在p-Si衬底上外延生长一层轻掺杂的n-外延层。外延层将作为集成电路中npn晶体管的集电区。1．常规pn结隔离

步骤二：氧化在外延层表面生长一层氧化层。SiO2(2)pn结隔离工艺步骤1．常规pn结隔离

步骤三：光刻采用的隔离光刻版是环状图形。光刻后就在氧化层上刻蚀出一个环状窗口。(2)pn结隔离工艺步骤1．常规pn结隔离

步骤三：光刻采用的隔离光刻版是环状图形。光刻后就在氧化层上刻蚀出一个环状窗口。(2)pn结隔离工艺步骤1．常规pn结隔离

步骤四：隔离掺杂通过氧化层上的窗口，掺入浓度较高的三价元素（例如硼），通过“补偿原理”，在外延层中形成p+掺杂区。控制p+掺杂层深度，穿透整个外延层，与p-Si衬底相连。(2)pn结隔离工艺步骤1．常规pn结隔离

步骤四：隔离掺杂通过氧化层上的窗口，掺入浓度较高的三价元素（例如硼），通过“补偿原理”，在外延层中形成p+掺杂区。控制p+掺杂层深度，穿透整个外延层，与p-Si衬底相连。(2)pn结隔离工艺步骤1．常规pn结隔离

隔离掺杂形成的环状p+重掺杂区又称为“隔离墙”。由于p+隔离墙与p-Si衬底相连，就将n型外延层分隔成四周以及底部被p型Si包围的孤立区域，通常称为“隔离岛”。隔离墙隔离岛(3)隔离墙与隔离岛1．常规pn结隔离

外延层中每个“隔离岛”与p型隔离墙/p型衬底之间构成pn结。如果将隔离墙连接到电路中最低点位，则pn结为反向偏置，呈现高阻特性。在不同隔离岛中制备的晶体管就被反偏pn结隔离。采用pn结隔离制备的npn晶体管实例：隔离墙隔离岛(3)隔离墙与隔离岛1．常规pn结隔离

(a)占用芯片面积较大由于隔离掺杂必须穿透外延层，因此扩散结深较深，横向扩散占用面积较大。为了保证隔离效果，隔离墙与npn晶体管集电结之间需要较大间距。因此pn结隔离占用芯片面积较大。(4)pn结隔离的缺点1．常规pn结隔离

(b)泄漏电流影响隔离效果由于依靠反偏pn结起隔离作用，因此反偏pn结存在的“泄漏电流”使得隔离效果不够理想。现代双极集成电路均采用沟槽隔离。(4)pn结隔离的缺点1．常规pn结隔离

(1)局部氧化隔离原理2．局部氧化隔离(a)相邻MOSFET之间的寄生晶体管MOS集成电路中MOS器件以外的区域称为“场区”。如果两个相邻MOS器件之间的场氧上有金属互连线通过，就使得②、③号扩散区又成了以场氧作为栅氧化层的寄生MOSFET3的源漏。

(1)局部氧化隔离原理2．局部氧化隔离(b)寄生晶体管的影响若寄生晶体管的开启电压不高，金属互连线电位就有可能使得寄生晶体管导通。在②、③号扩散区之间寄生晶体管沟道流过的电流导致MOSFET1和MOSFET2间“短路”。

(1)局部氧化隔离原理2．局部氧化隔离(c)局部氧化隔离采用下述方法使得寄生晶体管的开启电压比集成电路工作电压还高，就可以保证在IC工作时寄生晶体管不可能发生导通。①采用局部氧化方法使得场区氧化层足够厚，是栅氧厚度的7~10倍。这种隔离方法又称为局部氧化隔离。②提高场区表面掺杂浓度，有时又称为沟道终止掺杂。

(2)局部氧化工艺步骤2．局部氧化隔离硅局部氧化隔离技术的核心是一种以氮化硅（Si3N4）为掩膜的选择性局部氧化技术。步骤一：首先在硅衬底上采用热氧化方法生长几十纳米厚的SiO2层作为的Si3N4应力缓冲层与腐蚀阻挡层然后在其上淀积约100nm的Si3N4。再在Si3N4和SiO2层上刻蚀掉需要形成场氧区位置的Si3N4和SiO2，形成场区窗口

(2)局