有源区工艺是指通过刻蚀的方式保留氮化硅保护器件的有源区,因为在后续的LOCOS工艺中,没有氮化硅保护的区域会通过热氧化生成很厚的氧化硅层形成氧化隔离。
1)去除隔离氧化层。湿法刻蚀利用一定比例的HF、NH4F和H2O去除隔离氧化层。去除隔离氧化层的剖面图如图4-15所示。
2)清洗。将晶圆放入清洗槽中清洗,得到清洁的硅表面,防止硅表面的杂质在生长前置氧化层时影响氧化层的质量。
3)生长前置氧化层。利用炉管热氧化生长一层前置二氧化硅薄膜,称为前置氧化层(PAD Oxide),它是干氧氧化法。利用高纯度的氧气在1000°C左右的温度下使硅氧化,形成厚度约200~300A的二氧化硅薄膜。生长前置氧化层的目的是缓解后续步骤淀积Si3N4层对衬底的应力,因为衬底硅的晶格常数与Si3N4的晶格常数不同,直接淀积Si3N4会形成位错,较厚的氧化层可以有效地减小Si3N4层对衬底的应力。如果太薄,会托不住 Si3N4,如果Si3N4层的应力超过衬底硅的屈服强度就会在衬底硅中产生位错。也不能太厚,否则会在LOCOOS 热氧化时形成鸟嘴。生长前置氧化层的剖面图如图4-16所示。
4)淀积 Si3N4层。利用LPCVD淀积一层厚度约1500~1600A的Si3N4层,利用硅烷(SiH4)和氨气(NH3)在900°C的温度下发生化学反应淀积Si3N4。它是场氧化的遮蔽层,也是场区离子注入的阻挡层。淀积 Si3N4层的剖面图如图4-17所示。
5)淀积 SiON 层。利用PECVD淀积一层厚度约200~300A的SiON 层,利用硅烷(SiH4)、一氧化二氮(N2O)和He在400°C的温度下发生化学反应淀积SiON。SiON层作为光刻的底部抗反射层(BARC),BARC 位于衬底和光刻胶之间,由高消光材料组成,可以吸收穿过光刻胶层的光线,所以在光刻工艺中使用底部抗反射层工艺,可以降低驻波效应的影响。图4-18 所示为淀积 SiON 层的剖面图。
6)AA 光刻处理。通过微影技术将AA掩膜版上的图形转移到晶圆上,形成AA的光刻胶图案,AA 区域上保留光刻胶。第零层作为AA光刻曝光对准。如图4-19所示,是电路的版图,它包括 PW、NW 和 AA,工艺的剖面图是沿 AA'方向。AA 光刻的剖面图如图4-20所示。AA显影的剖面图如图4-21所示。
7)量测AA 光刻的关键尺寸(Gritical Dimension,CD)。收集刻蚀后的AA关键尺寸数据,检查AA 关键尺寸是否符合产品规格。
8)量测AA 套刻,收集曝光之后的AA与第零层的套刻数据。
9)检查显影后曝光的图形。
10)AA 干法刻蚀。干法刻蚀利用 Ar 和CF4形成等离子浆去除没有光刻胶覆盖的Si3N4,刻蚀停在前置氧化层防止损伤硅衬底,形成AA区域的图形。AA干法刻蚀的剖面图如图4-22所示。
11)去光刻胶。通过干法刻蚀和湿法刻蚀去除光刻胶。去除光刻胶的剖面图如图4-23所示。
12)量测AA刻蚀关键尺寸。收集刻蚀后的AA 关键尺寸数据,检查 AA关键尺寸是否符合产品规格。
13)检查刻蚀后的图形。如果有重大缺陷,将不可能返工,要进行报废处理。
14)去除氧化层。利用湿法刻蚀去除氧化层。