器件物理作者

场氧与栅氧:隔离与栅控职责

场氧与栅氧描述的是不同的电学职责。在传统硅 MOS 示例中,栅氧把栅电极与预期沟道隔开,同时允许电容耦合来控制沟道;场氧用于有源器件区域之间的隔离,帮助抑制那里不需要的导电。两者都可以是二氧化硅;认出材料,并不等于认出其职责 [T1]。

对照位置与目的

问题栅氧场氧
相关区域在哪里?栅电极与预期沟道之间有源器件之间的隔离区
电学任务是什么?绝缘,同时提供有用的栅—沟道耦合抑制器件之间不需要的电连接
阅读时必须找到什么?栅、介质与沟道的共同结构被分开的有源区及可能的寄生路径

“薄”和“厚”不足以定义这两个名称。用于另一工作电压要求的厚栅氧,仍是栅介质。职责取决于器件结构,不仅取决于厚度。

Process checkpoint · 工艺坐标

40nmSTIStep 38
工艺截面示意图 · 40nm BSI CMOS Image Sensor · 步骤 38

理解 STI Fill Conformal CVD Oxide 的工艺作用

阅读开头解释,指出 STI 填充介质用于分隔有源区,并明确这是沟槽隔离而非 LOCOS 场氧生长。

与「场氧与栅氧:隔离与栅控职责」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · STI · Step 38

  1. 1. STI Fill Conformal CVD Oxide
  2. 2. Thin Gate Oxide Growth
查看这一步的工艺作用账户访问范围在步骤页确认

栅控与隔离是两个目的

栅介质是 MOS 结构的一部分:栅电压通过绝缘层改变半导体表面的静电状态。教材的 CMOS 示例先去除已有表面氧化物,再生长供晶体管栅使用的氧化物,说明硅上原本存在的氧化物,并不一定就是最终栅氧 [T1]。

在隔离区,氧化物上方的导电层也可能构成非预期的 MOS 结构。教材解释了为什么场氧下方掺杂不足时,表面可能反型,并通过寄生场晶体管连接相邻器件 [T1]。因此,有氧化物不等于无条件保证隔离;几何、下方半导体与电学条件也有影响。

MOS 栅耦合到沟道;隔离区分开有源器件。几何为传统概念示例。

条件与反例

当两类氧化物都暴露时,同一种去氧化物化学体系可能同时影响它们。教材示例中,去掉薄表面氧化物的同时,也会去掉部分场氧 [T1]。化学品名称不能按电学职责选择材料;必须检查暴露范围与材料响应。

不能把所有厚氧化物叫场氧,也不能把所有薄氧化物叫栅氧。层间介质、硬掩模和牺牲氧化物各有不同任务。流程需要隔离,也不代表它采用历史上的场氧生长几何。浅沟槽隔离填充已经刻出的沟槽,可用于对照隔离职责,却不是流程采用 LOCOS 场氧生长的证据。

用隔离工位与栅工位练习

在免费 40nm BSI CIS 流程中,对照 STI 填充共形 CVD 氧化物与薄栅氧化层生长。登录后可阅读完整说明。

阅读各自开头的解释,辨认哪一步讨论有源区之间的分隔,哪一步为逻辑晶体管栅建立介质。说明为什么即使都含氧化物,也不能互换电学职责。第一站是沟槽填充示例,不能改称 LOCOS 场氧生长。本任务检验隔离与栅控的区别,不认证反应器化学、厚度规格或后文的全部可靠性论断。

要继续理解同一集成中的两类栅介质,可读双栅氧化层。薄栅与厚栅的比较,以及场氧与栅氧的比较,回答的是不同问题。

参考来源

[T1] 教科书2000

Silicon VLSI Technology - Full

James D. Plummer, Michael D. Deal, Peter B. Griffin

Silicon VLSI Technology · ISBN 978-0130850379

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常见问题

场氧与栅氧是不同材料吗?
两者都可以是二氧化硅。这些名称区分电学职责与结构位置;材料身份本身不能判定氧化物属于哪一类 [T1]。
所有厚氧化物都是场氧吗?
不是。厚栅介质仍服务于晶体管栅;层间、掩模和牺牲氧化物另有职责。应辨认相关结构,而非仅按厚度分类 [T1]。
STI 能证明流程采用 LOCOS 场氧生长吗?
不能。STI 通过填充刻出的沟槽实现隔离。所链接工位用于说明隔离职责,不能改称 LOCOS 场氧生长步骤 [T1]。

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