浅沟槽隔离工艺
在 CMOS 器件中，填充有二氧化硅的浅沟槽用于电隔离衬底表面上的 n 型和 p 型有源区。以下过程用于在 300 nm 以下的技术中创建这些沟槽。
使用光刻工艺图案化氮化硅层。光刻的第一步是沉积一层光刻胶。光致抗蚀剂是光敏有机材料，当暴露于适当波长的光时，它们在选定的溶剂中变得更易溶解（正性抗蚀剂）或更不易溶解（负性抗蚀剂）。在浅沟槽隔离工艺的第一步中，使用称为旋涂的方法将光刻胶层沉积在氮化硅上。在这个过程中，基板以高角速度（高达 5000 rpm）旋转，同时光刻胶的粘性液体溶液被分配到基板的中心。离心力将光刻胶溶液驱动到基板的边缘，并且在整个基板上具有非常均匀厚度的光刻胶层沉积在表面上。该层的目标厚度根据特定的 CMOS 工艺而变化。在形成光致抗蚀剂层之后，衬底在升高的温度下经受“软烘烤”，以除去溶解光致抗蚀剂的溶剂。光刻胶层干燥后，使用曝光对其进行图案化。通常，CMOS 工艺使用紫外线光，并使用称为“步进器”的工具分步重复图案化。曝光后，带有抗蚀剂的基板将经历另一个烘烤步骤，进一步硬化留在未曝光区域中的光刻胶层。接下来，基板经历显影步骤，溶解掉曝光区域中的光致抗蚀剂，在氮化硅层上的光致抗蚀剂掩模中形成所需图案。
一旦形成掩模，就可以创建隔离沟槽。这是通过将沟槽蚀刻到衬底中，然后用沉积的二氧化硅回填沟槽来完成的。具有掩蔽光刻胶和下方氮化硅层的衬底首先经过等离子蚀刻工艺，以去除未被光刻胶覆盖的那些区域中的材料，从而形成隔离沟槽。需要一系列连续的等离子蚀刻化学品来去除这些不同的材料。使用以六氟化硫作为氟源的氟原子蚀刻去除氮化硅层。使用采用四氟化碳作为源气体的氟原子蚀刻去除衬垫氧化物层。最后，使用二氟乙烯和六氟化硫的混合物作为氟原子源去除外延层中的硅。这些不同化学物质的原因在于需要优化在沟槽形成过程中被去除的每个单独层的蚀刻速率和蚀刻方向性。
沟槽形成后，在等离子灰化步骤中去除光刻胶层，并执行湿法清洁，在沟槽中留下钝化硅表面。在沟槽内暴露的外延硅上生长热二氧化硅沟槽衬垫，然后进行沟槽填充氧化物沉积步骤，其中有机金属硅源（四乙氧基硅烷、TEOS、Si(OC 2 H 5 ) 4）与臭氧发生反应，在称为 HDP-CVD 的高密度等离子体沉积工艺中，在沟槽中沉积未掺杂的二氧化硅。
STI 工艺的最后一步是使用化学机械抛光（CMP ）对表面进行平面化和抛光。在此步骤中，氮化硅层的用途变得显而易见，因为氮化物的硬度大得多，使其可以充当阻止 CMP 工艺去除浅沟槽中的 TEOS 氧化物的挡块。在 CMP 工艺之后，在 140°C 下使用磷酸 (H 3 PO 4 )选择性地剥离剩余的氮化物，并使用 HF 去除焊盘氧化物。然后使用干法氧化在衬底表面上生长一层新的热氧化物。
