STI隔離工藝的制造過程

STI 隔離工藝是指利用氧化硅填充溝槽，在器件有源區(qū)之間嵌入很厚的氧化物，從而形成器件之間的隔離。利用STI 隔離工藝可以改善寄生場效應晶體管和閂鎖效應。

1）清洗。將晶圓放入清洗槽中清洗，得到清潔的表面。

2） STI熱氧化。利用爐管熱氧化生長一層厚度約100A的二氧化硅薄膜，同時修復AA刻蝕時對溝槽邊緣表面的損傷，并使STI 底部溝槽的拐角圓一些，減小接觸面。二氧化硅薄膜可以作為后續(xù) HDP CVD工序的緩沖，因為HDP CVD 工藝是在淀積的同時也進行濺射刻蝕，該層二氧化硅薄膜可以保護襯底硅。圖4-151所示為STI 爐管生熱氧化生長 SiO2層的剖面圖。

3）淀積厚的SiO2層。利用 HDPCVD 淀積一層很厚的的SiO2層，厚度約4500~5500A。因為HDP CVD是用高密度的離子電漿轟擊濺射刻蝕，防止CVD填充時洞口過早封閉和產生空洞現象，所以HDP CVD 的臺階覆蓋率非常好，它可以有效地填充STI的空隙。圖4-152所示為淀積厚的 SiO2層的剖面圖。

4）RTA快速熱退火。通過RTA快速熱退火修復HDP CVD對襯底的損傷，因為HDPCVD 工藝中的濺射刻蝕會損傷襯底硅。

5） AR（Active Area Reverse）光刻處理。通過微影技術將 AR 掩膜版上的圖形轉移到晶圓上，形成 AR 的光刻膠圖案，非AR 區(qū)域上保留光刻膠。利用AA層版圖進行邏輯運算，得到AR掩膜版。AA作為AR 光刻曝光對準。圖4-153 所示為 AR 光刻的剖面圖，圖4-154所示為AR顯影的剖面圖。

6）測量AR套刻，收集曝光之后的AR與第零層的套刻數據。

7）檢查顯影后曝光的圖形。

8）AR 刻蝕。利用干法蝕刻去除大塊 AA 區(qū)域上的氧化硅，刻蝕最終停在Si3N4上。AR刻蝕的目的是通過干法刻蝕去除大塊AA 區(qū)域上的大塊氧化硅，留下小塊的氧化硅，這樣有助于后續(xù)STI CMP工藝完全去除表面凹凸不平的氧化物，得到更平整均勻的表面，同時也可以防止因為大塊 AA上的氧化硅應力過大而在STI CMP工藝時損傷AA。圖4-155所示為AR刻蝕的剖面圖。

9）去光刻膠。利用干法刻蝕和濕法刻蝕去除光刻膠。圖4-156 所示為去除光刻膠的剖面圖。

10）STI CMP。通過CMP進行STI全局平坦化。Si3N4作為STI CMP 的停止層，考慮到工藝的裕量，要把 Si3N4上的氧化物完全清除，防止氧化物覆蓋在Si3N4上影響后續(xù)步驟Si3N4的刻蝕。當終點偵測器偵測到Si3N4的信號時還需要再研磨一段時間，但Si3N4的硬度較大，所以氧化硅研磨速率會更快，所以 STI 區(qū)域的氧化硅會比Si3N4區(qū)域低一點。圖4-157所示為STI平坦化的剖面圖。

11）清洗。利用酸槽清洗晶圓，得到清潔的表面。因為STI CMP 是用化學機械的方法，會產生的顆粒很多，所以要清洗。

12）濕法刻蝕去除Si3N4。利用180°C濃度91.5%的H3PO4與Si3N4反應去除晶圓上的Si3N4，刻蝕停在氧化硅上。因為熱H3PO4與Si3N4對氧化物的刻蝕率非常低，另外如果STI CMP沒有把Si3N4上的氧化物完全清除，會有殘留的氧化物覆蓋在Si3N4上，最終導致這一步工藝也不能完全清除Si3N4。圖4-158 所示為去除Si3N4的剖面圖。

13）濕法刻蝕去除前置氧化層。濕法刻蝕用一定比例的HF、NH4F 和H2O去除前置氧化層。因經過上面一系列的工藝，襯底硅的表面會有很多損傷，前置氧化層損傷也很嚴重，因此要去掉前置氧化層后生長一層氧化硅來改善這些損傷。圖4-159所示為去除前置氧化層的剖面圖。