芯片有源區(qū)的作用和工藝流程

文章來源：半導(dǎo)體與物理

原文作者：jjfly686

在芯片制造中，有源區(qū)（Active Area）是晶體管的核心工作區(qū)域，負(fù)責(zé)電流的導(dǎo)通與信號(hào)處理。它如同城市中的“主干道”，決定了電路的性能和集成度。

什么是有源區(qū)

有源區(qū)是半導(dǎo)體器件（如MOSFET）中晶體管的控制電流流動(dòng)的區(qū)域，通常由摻雜后的硅基底構(gòu)成。它是晶體管中電子或空穴流動(dòng)的通道，通過控制柵極電壓實(shí)現(xiàn)電流的開關(guān)與放大功能。

物理特性：通過刻蝕隔離溝槽（如淺槽隔離STI技術(shù)），將相鄰晶體管的有源區(qū)物理分隔，避免信號(hào)串?dāng)_。

材料基礎(chǔ)：基于高純度硅晶圓，通過離子注入調(diào)整摻雜濃度，形成導(dǎo)電溝道。

有源區(qū)的作用

電流控制：作為晶體管的“心臟”，有源區(qū)的導(dǎo)電特性直接影響芯片的運(yùn)行速度和功耗。

信號(hào)隔離：通過刻蝕形成的隔離結(jié)構(gòu)（如STI），防止相鄰電路間的漏電和干擾。

集成度基礎(chǔ)：有源區(qū)的尺寸越小，芯片可容納的晶體管數(shù)量越多，摩爾定律的推進(jìn)依賴其微縮化。

有源區(qū)形成的工藝流程

有源區(qū)的制造需結(jié)合光刻、刻蝕、摻雜等工藝，核心步驟包括：

硅片清洗與氧化層生長(zhǎng)

硅片清洗：硅片需通過化學(xué)清洗（如RCA清洗法）去除顆粒、金屬離子和有機(jī)物，確保表面潔凈。

氧化層生長(zhǎng)：在硅表面熱氧化生成二氧化硅（SiO?）層，作為后續(xù)刻蝕的硬掩膜。

光刻定義圖形

涂覆光刻膠：涂覆光刻膠后，通過掩膜版曝光，顯影形成有源區(qū)的保護(hù)圖案。

光源選擇：使用深紫外（DUV）或極紫外（EUV）光源，確保納米級(jí)精度。

干法刻蝕形成隔離結(jié)構(gòu)

刻蝕目標(biāo)：去除未被光刻膠保護(hù)的氧化層和部分硅基底，形成隔離溝槽。

工藝選擇：采用反應(yīng)離子刻蝕（RIE），結(jié)合等離子體的化學(xué)與物理作用，實(shí)現(xiàn)高深寬比（>5:1）的垂直刻蝕，避免側(cè)向鉆蝕。

填充與CMP平坦化

溝槽內(nèi)沉積絕緣材料：溝槽內(nèi)沉積絕緣材料（如SiO?或氮化硅），再通過化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）去除多余材料，形成平坦表面。

摻雜與退火

離子注入：通過離子注入向有源區(qū)摻入磷（N型）或硼（P型），調(diào)整導(dǎo)電特性。

高溫退火：高溫退火修復(fù)晶格損傷，激活摻雜原子。