离子注入工艺通常使用屏蔽氧化层,阻挡光刻胶以避免硅片受污染,也可以在离子进入单晶硅之前先将离子散射以减小通道效应。屏蔽氧化层的厚度大约为100-200A。下图显示了屏蔽氧化层在离子注入方面的应用。

 

高温生长的二氧化硅在硅的局部氧化(LOCOS)和浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation,STI)形成时作为氮化硅的衬垫层。如果没有二氧化硅垫层作为应力缓冲,LPCVD氮化硅层高达10的10次dyn/cm2(达因/平方厘米)的张力将导致硅晶圆产生裂缝甚至破裂衬垫层的厚度大约为150Å。

 

进行STI浅沟槽填充工艺之前,二氧化硅可以用于作为阻挡层以防止硅片受到污染。浅沟槽填充是一种电介质化学气相沉积过程,使用未掺杂硅玻璃(Undoped Silicate Glass,USG)的沉积填充浅沟槽来隔离相邻晶体管的电性能。由于化学气相沉积总是带有少量杂质,所以必须有一层致密的热生长二氧化硅阻挡层阻挡可能的污染物。下图显示了STI工艺中的衬垫氧化层和阻挡氧化层。

 

热生长的二氧化硅最重要的应用之一是形成绝缘体使IC芯片上相邻晶体管间电气隔离。整面全区覆盖式氧化和局部氧化是隔离相邻元器件并防止它们相互干扰所用的两种技术。整面全区覆盖式氧化层是最简单的隔离工艺,早期的半导体生产普遍使用这种技术。热生长层5000一1000A的二氧化硅,通过光刻技术使其图形化,再用氢氟酸刻蚀氧化层,接着将器件区打开后就可以开始晶体管的制造过程了(见下图)

 

硅局部氧化(LOCOS)的隔离效果比整面全区覆盖式氧化效果好。LOCOS工艺使用一层很薄的二氧化硅层200-500Å作为衬垫层以缓冲LPCVD氮化硅的强张力。经过氮化硅刻蚀、光刻胶剥除和晶圆清洗后,没有被氮化硅覆盖的区域再生长出一层厚度为3000-5000Å的氧化层。氮化硅的阻挡效果比二氧化硅好,由于氧分子无法穿过氮化硅层,所以氮化硅层下的硅并不会被氧化。而未被氮化硅覆盖的区域,氧分子就会不断扩散穿过二氧化硅层与底层的硅形成更厚的二氧化硅。LOCOS的形成过程如下图所示。

 

由于氧在二氧化硅中的扩散是一种等向性过程,所以氧也会碰到侧边的硅。这使得LOCOS工艺有两个缺点:一个缺点是靠近刻蚀氧化窗口的氮化硅层底生长有氧化物,这就是所谓的鸟嘴(Bird,sBeak)见下图。鸟嘴占据了晶图表面的很多面积,是应尽量避免出现的情况。另一个缺点是由于氧化物的生长特点而形成氧化层对硅有一个表面台阶,这将引起表面平坦化问题(见下图)。

 

已经采用了许多方法抑制鸟嘴效应,其中最普遍的是多晶硅缓冲层(Poly Buffered LOCOS,PBL)工艺。较厚的衬垫层形成较长的鸟嘴,这使得氧分子扩散的路径变得较宽。使用一层厚度大约为500A的多晶硅缓冲LPCVD氮化硅的高张力,衬垫氧化层的厚度能从500Å降低到100Å,从而可以大大减小氧化物的侵入。但是硅的局部氧化层两侧总有0.1一0.2um的鸟嘴。当最小图形尺寸小于0.35um时,鸟嘴问题变得很严重,于是发展出了浅沟槽隔离(STI)工艺以避免鸟嘴效应,STI形成的表面也比较平坦。20世纪90年代中期,当元器件图形尺寸缩小到0.35以下时,STI技术逐渐取代了LOCOS隔离技术。