半导体工艺中Kooi Effect原理介绍
半导体工艺中通常被称为 Kooi effect，是以其发现者荷兰科学家E. Kooi的名字命名的。这是一个在早期MOSFET制造工艺，特别是使用局部氧化（LOCOS） 技术时出现的重要现象。
下面为您详细介绍Kooi效应的原理、产生机制、影响及解决方案。
一、Kooi效应是什么？
简单来说，Kooi效应是指在LOCOS（局部氧化）工艺过程中，在氮化硅掩膜边缘下方的硅衬底表面区域，形成一层被称为“白带”或“鸟嘴”区域的薄氧化硅层下方，产生了一串硅氮化物（Si₃N₄）或氮化硅颗粒。
这些不希望的氮化物沉积会阻碍后续高质量栅氧的生长，导致该区域的栅氧层质量变差、厚度不均匀，从而严重影响MOS晶体管的电学性能，特别是导致阈值电压异常和可靠性问题。
二、产生原理与机制
Kooi效应的产生是一个复杂的化学反应过程，主要涉及氮化硅掩膜、水汽氧化环境和硅衬底。其逐步机制如下：
LOCOS工艺背景：
在制作MOS管的有源区时，需要隔离不同的晶体管。LOCOS技术是先在硅片上沉积一层氮化硅（Si₃N₄）作为氧化阻挡层，然后通过光刻刻蚀掉需要生长场氧（厚的氧化层）区域的氮化硅，保留有源区上的氮化硅。
随后，将硅片放入高温（~1000°C）水汽氧化环境中，没有氮化硅保护的区域会迅速生长出厚的二氧化硅（场氧），而被氮化硅覆盖的有源区则受到保护。
关键化学反应：
这个反应生成了氨气（NH₃）。
在高温水汽氧化过程中，水蒸气（H₂O）会横向扩散，穿透薄的垫氧层（位于氮化硅和硅衬底之间，用于缓解应力），到达氮化硅掩膜的边缘下方。
水蒸气与氮化硅掩膜发生反应：
3 Si₃N₄ + 6 H₂O → 3 SiO₂ + 4 NH₃生成的氨气（NH₃）会进一步向硅衬底方向扩散。
氮化物形成：
这个反应就在氮化硅掩膜边缘正下方的硅表面，重新生成了一串微小的硅氮化物（Si₃N₄）颗粒。
当氨气（NH₃）扩散到硅衬底表面时，会与单晶硅（Si）在高温下发生反应：
3 Si + 4 NH₃ → Si₃N₄ + 12 H⁺这些新生成的氮化物颗粒非常稳定，且对氧有极强的阻挡能力。
后续问题显现：
LOCOS工艺完成后，会移除氮化硅掩膜和垫氧层，准备生长关键的栅氧层。
在生长栅氧时，其他区域的硅表面会正常氧化成高质量的二氧化硅。然而，在Kooi效应发生的区域，这些氮化物颗粒会阻碍其下方硅的氧化。
最终结果就是，栅氧层在这个区域变得非常薄甚至不连续，形成一个“弱区”。
