STI隔离工艺的制造过程

STI 隔离工艺是指利用氧化硅填充沟槽，在器件有源区之间嵌入很厚的氧化物，从而形成器件之间的隔离。利用STI 隔离工艺可以改善寄生场效应晶体管和闩锁效应。

1）清洗。将晶圆放入清洗槽中清洗，得到清洁的表面。

2） STI热氧化。利用炉管热氧化生长一层厚度约100A的二氧化硅薄膜，同时修复AA刻蚀时对沟槽边缘表面的损伤，并使STI 底部沟槽的拐角圆一些，减小接触面。二氧化硅薄膜可以作为后续 HDP CVD工序的缓冲，因为HDP CVD 工艺是在淀积的同时也进行溅射刻蚀，该层二氧化硅薄膜可以保护衬底硅。图4-151所示为STI 炉管生热氧化生长 SiO2层的剖面图。

3）淀积厚的SiO2层。利用 HDPCVD 淀积一层很厚的的SiO2层，厚度约4500~5500A。因为HDP CVD是用高密度的离子电浆轰击溅射刻蚀，防止CVD填充时洞口过早封闭和产生空洞现象，所以HDP CVD 的台阶覆盖率非常好，它可以有效地填充STI的空隙。图4-152所示为淀积厚的 SiO2层的剖面图。

4）RTA快速热退火。通过RTA快速热退火修复HDP CVD对衬底的损伤，因为HDPCVD 工艺中的溅射刻蚀会损伤衬底硅。

5） AR（Active Area Reverse）光刻处理。通过微影技术将 AR 掩膜版上的图形转移到晶圆上，形成 AR 的光刻胶图案，非AR 区域上保留光刻胶。利用AA层版图进行逻辑运算，得到AR掩膜版。AA作为AR 光刻曝光对准。图4-153 所示为 AR 光刻的剖面图，图4-154所示为AR显影的剖面图。

6）测量AR套刻，收集曝光之后的AR与第零层的套刻数据。

7）检查显影后曝光的图形。

8）AR 刻蚀。利用干法蚀刻去除大块 AA 区域上的氧化硅，刻蚀最终停在Si3N4上。AR刻蚀的目的是通过干法刻蚀去除大块AA 区域上的大块氧化硅，留下小块的氧化硅，这样有助于后续STI CMP工艺完全去除表面凹凸不平的氧化物，得到更平整均匀的表面，同时也可以防止因为大块 AA上的氧化硅应力过大而在STI CMP工艺时损伤AA。图4-155所示为AR刻蚀的剖面图。

9）去光刻胶。利用干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。图4-156 所示为去除光刻胶的剖面图。

10）STI CMP。通过CMP进行STI全局平坦化。Si3N4作为STI CMP 的停止层，考虑到工艺的裕量，要把 Si3N4上的氧化物完全清除，防止氧化物覆盖在Si3N4上影响后续步骤Si3N4的刻蚀。当终点侦测器侦测到Si3N4的信号时还需要再研磨一段时间，但Si3N4的硬度较大，所以氧化硅研磨速率会更快，所以 STI 区域的氧化硅会比Si3N4区域低一点。图4-157所示为STI平坦化的剖面图。

11）清洗。利用酸槽清洗晶圆，得到清洁的表面。因为STI CMP 是用化学机械的方法，会产生的颗粒很多，所以要清洗。

12）湿法刻蚀去除Si3N4。利用180°C浓度91.5%的H3PO4与Si3N4反应去除晶圆上的Si3N4，刻蚀停在氧化硅上。因为热H3PO4与Si3N4对氧化物的刻蚀率非常低，另外如果STI CMP没有把Si3N4上的氧化物完全清除，会有残留的氧化物覆盖在Si3N4上，最终导致这一步工艺也不能完全清除Si3N4。图4-158 所示为去除Si3N4的剖面图。

13）湿法刻蚀去除前置氧化层。湿法刻蚀用一定比例的HF、NH4F 和H2O去除前置氧化层。因经过上面一系列的工艺，衬底硅的表面会有很多损伤，前置氧化层损伤也很严重，因此要去掉前置氧化层后生长一层氧化硅来改善这些损伤。图4-159所示为去除前置氧化层的剖面图。