40nm BSI CMOS Image Sensor

上游的 Oxide Etch [WFR] 步骤通过使用化学反应性氟碳等离子体选择性去除垫氧化层（pad oxide layer），从而定义关键的对准标记 [A1]。这种高能刻蚀工艺不可避免地会在晶圆表面和沟槽侧壁上留下硬化光刻胶（PR）、底部抗反射涂层（BARC）以及高度交联的氟碳（CFx）刻蚀后残留物 [P1, P3]。在随后为前段深沟槽隔离（F_DTI）模块沉积 SiO 硬掩模之前，必须彻底清除这些有机和聚合物残留物 [P1]。此阶段的任何残留污染都会导致局部粘附失效，或在硬掩模沉积过程中充当掩模缺陷，从根本上损害 F_DTI 的集成 [P2]。与后期后段工艺（BEOL）的灰化（ash）和剥离（strip）步骤不同，后者必须通过最小化等离子体暴露来谨慎避免损坏易碎的多孔低 k 电介质 [P2]，而这一特定的前段步骤主要与稳固的热氧化层和硅衬底相互作用 （工程实践）。因此，该步骤在工艺流程中的位置允许使用标准的、高能的氧基等离子体灰化工艺，而这些工艺在其他情况下会降解敏感的 BEOL 结构 [P1, P2]。

其去除的物理和化学机制通常依赖于干法等离子体与湿法化学清洗相结合的顺序工艺 [P3]。首先，等离子体灰化利用局部等离子体源产生单原子活性物质（主要是氧或氟自由基），这些物质与本体有机光刻胶发生化学结合，形成挥发性副产物（如 CO2 和 H2O），随后由真空泵抽走 [A2]。然而，先前的氟碳 RIE 工艺通常会导致形成高度交联、富氟的致密聚合物网络——通常在光刻胶和侧壁上形成一层外壳——这种外壳能够抵抗纯氧氧化 [P1]。为了清除这种坚固的复合外壳，随后会采用湿法剥离工艺，利用多功能有机溶剂对改性的光刻胶进行化学渗透 [P3]。溶剂的作用是溶解特定的官能团，例如光刻胶主链中存在的酯基和内酯官能团 [P3]。为了增强这些化学试剂向图案化高深宽比对准沟槽中的质量传输，通常会对清洗液施加兆声波能量；这会产生声空化和微射流，从物理上破坏残留物与衬底的界面，并促进机械剥离 [P3]。

此步骤的材料和方法选择优先考虑在不改变对准基准关键尺寸的前提下，最大限度地提高残留物去除效率 [P1]。虽然先进技术节点越来越多地采用完全无等离子体或紫外线辅助的湿法去除方案来保护易碎的低 k 材料 [P2]，但前段垫氧化层和裸硅可以安全承受标准的氧气或成形气体等离子体，而不会发生介电常数退化 （工程实践）。工艺参数的相互作用决定了剥离的整体效果：提高湿法溶剂的温度会呈指数级增加溶解动力学，而调节兆声波功率则直接调节用于去除顽固 BARC 或 CFx 外壳的空化强度 [P3]。干湿法比例的适当优化可确保等离子体充分断裂氟化外壳的化学键，使湿法化学试剂能够高效剥离剩余碎片，而无需过长的湿法暴露时间，从而避免引起细微的电偶腐蚀或氧化层粗糙化 [P1]。

• [高] 含氟聚合物残留去除不完全：在前道氧化物刻蚀工艺中使用的碳氟化合物等离子体会在侧壁上刻意沉积一层高度交联的 CFx 聚合物，以保持刻蚀的各向异性 [P1]。如果干法去胶（ashing）等离子体未能充分断裂该致密网络中的 C-C 键和 C-F 键，或者后续的湿法溶剂无法渗透其中，残留的聚合物就会滞留在对准标记沟槽内，从而阻碍后续 SiO 硬掩模层的均匀附着 [P2]。

• [中] 无意衬底氧化：在高能等离子体去胶阶段，单原子氧活性物种的大量产生可能会无意中氧化对准标记沟槽底部暴露的裸硅 [A2]。这种类似自然氧化层的不可控生长会细微改变基准标记的光学台阶高度和对比度，进而降低步进曝光机（stepper）在后续 F_DTI 光刻工艺中进行精确套刻所需的干涉信号质量 [A3]。

• [中] 兆声波空化损伤：在湿法清洗中施加声能会产生空化气泡，气泡剧烈破裂会产生高速液体微射流，旨在去除残留物 [P3]。如果兆声波功率参数设置过高，瞬态空化破裂产生的强烈机械冲击波可能会导致图案化焊盘氧化层（pad oxide）的锐角几何结构断裂，或在暴露的硅衬底上诱发微点蚀 [P3]。