40nm BSI CMOS Image Sensor预览

Pre Litho Cleaning

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Thick Gate Oxide - Photo

Nitride Hard Mask Etch
69Sacrificial Oxidation70SACOX Removal71Thin Gate Oxide Growth72Nitride Hard Mask Deposition73Pre Litho Cleaning74Thick Gate Oxide - Photo75Nitride Hard Mask Etch76Ashing & Strip/Clean77Thick Gate Oxide Growth78Nitride Hard Mask Removal

工艺截面图

DGOX · DGOX6 · Thick Gate Oxide Photo (IO Window)PR mask (I-line · THK_GOX)SiNgate ox (SiO2, thermal)VT adjust (11B+, periphery channel)SiO2 liner (SACVD)SiO2 (SACVD bulk fill)n+ N-well contact (31P+)p+ surface passivation (10B+)Liner SiO2 (RTP thermal)P-well (pixel array, 11B+)P-well (periphery, 11B+)PD N-well (31P+)N-well (periphery, 31P+)SiP-well (implanted region)

本步要点

对于正性光刻胶,抑制溶解的稳定剂在光照下分解,使显影液能够优先洗去曝光区域 。

原理展开

现代CMOS工艺要求器件在不同的电压水平下运行,因此需要不同的栅极绝缘层厚度来平衡驱动电流和介电击穿极限 。在此特定的集成流程中,晶圆上已经沉积了薄栅氧化层和随后的氮化物硬掩模 。“厚栅氧化层-光刻”(Thick Gate Oxide - Photo)步骤利用光刻技术选择性地定义高压器件(如I/O晶体管或图像传感器传输栅)的区域 。通过在氮化物硬掩模上涂覆并显影光刻胶层,该步骤为后续的硬掩模刻蚀确定了空间边界 。与定义栅电极物理尺寸的“栅极形成-光刻”(Gate Formati

on - Photo)步骤不同,该步骤仅用于划定双栅氧化层(DGOX)的有源区范围 (工程实践)。空间选择是通过光学光刻实现的,它将几何图案从光掩模暂时转移到对辐射敏感的光刻胶中 。该工艺通常包括涂覆底部抗反射涂层(BARC)和光刻胶层,随后进行曝光前烘烤 。在深紫外(例如纳米尺度)曝光过程中,光子与光刻胶中的光活性化合物相互作用,引起化学变化,从而改变其在显影液中的溶解度 。对于正性光刻胶,抑制溶解的稳定剂在光照下分解,使显影液能够优先洗去曝光区域 。这种光学转移的潜在基本分辨率受瑞利判据控制,该判据将最小可分辨特征尺寸与曝光波长及投影系统的数值孔径联系起来 。选择专用的光刻胶和BARC堆叠对于在底层有源区和隔离结构的复杂形貌下保持严格的临界尺寸(CD)控制至关重要 。BARC最大限度地减少了由氮化硅硬掩模反射引起的薄膜干涉和驻波,从而确保了光刻胶侧壁的垂直度 。曝光剂量和焦距是至关重要的相互作用参数;剂量不足会导致光刻胶清理不彻底,而剂量过大则会导致图案变宽和CD损失 (工程实践)。采用曝光后烘烤来驱动现代深紫外光刻胶中的化学放大反应,并在最终显影步骤前平滑驻波效应 。在40nm节点,光刻图形化必须考虑光学邻近效应,即由于衍射作用,密集图案和孤立图案的显影结果会有所不同 。为了进行补偿,在光掩模上应用光学邻近校正(OPC)来有目的地重塑特征,确保最终显影后的光刻胶与预期的DGOX边界精确对齐 。精确的对准至关重要,因为厚氧化层区域与有源区定义之间的任何套刻误差都可能引起不对称应力或导致栅氧化层局部变薄,从而加剧最终器件中的隧穿漏电流 。

风险与挑战

  • [高] 光刻胶残渣/显影不完全:曝光后的正胶溶解不完全,会在氮化硅硬掩模上留下薄薄的聚合物残留 。这会导致后续刻蚀工艺无法完全去除硬掩模,从而阻碍局部区域后续生长的厚栅氧化层,并引发栅极介质失效 。

  • [中] 套刻对准偏差:如果光刻曝光设备未能将 DGOX 掩模版与下方的有源区层完美对准,厚/薄氧化层过渡边界将偏移进入有源晶体管沟道 (Engineering Practice)。这种对准偏差可能由于附近过渡结构产生的非预期应力效应,导致局部阈值电压波动和载流子迁移率不对称 。

  • [中] 光学邻近效应导致的 CD 偏差:图形密度的变化会在曝光过程中引起光学干涉,从而改变局部光强 。如果没有适当的光学邻近校正,光刻胶线条可能会出现边缘粗糙或宽度不准确的问题,导致 DGOX 边界定义不精确 。

  • [低] 驻波导致的侧壁退化:来自底层氮化硅层的反射会在紫外曝光期间在光刻胶内产生驻波。如果 BARC 优化不足,这会导致光刻胶侧壁出现波纹 。这限制了后续硬掩模刻蚀的保真度,可能造成氮化硅侧壁倾斜,进而对厚栅氧化层与薄栅氧化层之间的过渡区域产生负面影响 。

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相关步骤

  • Sacrificial Oxidation
  • SACOX Removal
  • Thin Gate Oxide Growth
  • Nitride Hard Mask Deposition
  • Pre Litho Cleaning
  • Nitride Hard Mask Etch