芯片制造中的浅沟道隔离工艺技术

文章来源：半导体与物理

原文作者：jjfly686

浅沟道隔离（STI）是芯片制造中的关键工艺技术，用于在半导体器件中形成电学隔离区域，防止相邻晶体管之间的电流干扰。本文简单介绍浅沟道隔离技术的作用、材料和步骤。

浅沟道隔离（STI）是芯片制造中的关键工艺技术，用于在半导体器件中形成电学隔离区域，防止相邻晶体管之间的电流干扰。其核心是在硅衬底上刻蚀出浅层沟槽，并填充绝缘材料（如二氧化硅），从而将不同晶体管或电路模块分隔开。例如，PMOS和NMOS晶体管通过STI结构实现物理隔离，避免因载流子聚集导致的漏电问题。

浅沟道隔离的作用

电气隔离：防止相邻器件间的电流串扰，提升芯片稳定性。

降低漏电：通过优化沟槽底部的内衬层结构，减少载流子聚集，避免漏电。

提升性能：采用多级沟槽设计（如宽度逐级递减）可增加栅极沟道宽度，降低电阻，增强电流驱动能力。

工艺兼容性：与CMOS工艺高度兼容，适用于高密度集成电路制造。

浅沟道隔离的材料

STI结构的材料分为多个功能层：

层次	材料	功能描述
衬底材料	单晶硅片 Si	提供基础支撑
热氧化层	二氧化硅SiO₂	在沟槽侧壁和底部生长，钝化表面缺陷
内衬层	氮化硅 SiN	增强隔离效果，底部去除以防止载流子聚集
填充材料	氧化硅 SiO₂	使用SOD旋涂工艺填充沟槽，确保无空隙

浅沟道隔离的制程工艺

STI工艺主要包含以下核心步骤（图2a-2d）：

1. 沟槽刻蚀

在硅衬底上通过光刻和干法刻蚀形成浅沟槽（深度通常为0.2-0.5μm）。

2. 热氧化层生长

在沟槽内壁生长一层SiO₂（约10-20nm），修复刻蚀损伤并降低界面态密度。

3. 内衬层沉积与处理

沉积氮化硅等材料作为内衬，随后选择性去除沟槽底部的内衬层，避免漏电。

4. 高密度等离子体氧化物填充

使用SOD旋涂填充SiO₂，之后进行回火工艺固化SiO₂。

5. 化学机械抛光（CMP）

去除表面多余的氧化物，使硅片表面平坦化，为后续工艺（如栅极制作）做准备。