文章來源：半導體與物理

原文作者：jjfly686

在芯片制造中，有源區（Active Area）是晶體管的核心工作區域，負責電流的導通與信號處理。它如同城市中的“主干道”，決定了電路的性能和集成度。

什么是有源區

有源區是半導體器件（如MOSFET）中晶體管的控制電流流動的區域，通常由摻雜后的硅基底構成。它是晶體管中電子或空穴流動的通道，通過控制柵極電壓實現電流的開關與放大功能。

物理特性：通過刻蝕隔離溝槽（如淺槽隔離STI技術），將相鄰晶體管的有源區物理分隔，避免信號串擾。

材料基礎：基于高純度硅晶圓，通過離子注入調整摻雜濃度，形成導電溝道。

有源區的作用

電流控制：作為晶體管的“心臟”，有源區的導電特性直接影響芯片的運行速度和功耗。

信號隔離：通過刻蝕形成的隔離結構（如STI），防止相鄰電路間的漏電和干擾。

集成度基礎：有源區的尺寸越小，芯片可容納的晶體管數量越多，摩爾定律的推進依賴其微縮化。

有源區形成的工藝流程

有源區的制造需結合光刻、刻蝕、摻雜等工藝，核心步驟包括：

硅片清洗與氧化層生長

硅片清洗：硅片需通過化學清洗（如RCA清洗法）去除顆粒、金屬離子和有機物，確保表面潔凈。

氧化層生長：在硅表面熱氧化生成二氧化硅（SiO?）層，作為后續刻蝕的硬掩膜。

光刻定義圖形

涂覆光刻膠：涂覆光刻膠后，通過掩膜版曝光，顯影形成有源區的保護圖案。

光源選擇：使用深紫外（DUV）或極紫外（EUV）光源，確保納米級精度。

干法刻蝕形成隔離結構

刻蝕目標：去除未被光刻膠保護的氧化層和部分硅基底，形成隔離溝槽。

工藝選擇：采用反應離子刻蝕（RIE），結合等離子體的化學與物理作用，實現高深寬比（>5:1）的垂直刻蝕，避免側向鉆蝕。

填充與CMP平坦化

溝槽內沉積絕緣材料：溝槽內沉積絕緣材料（如SiO?或氮化硅），再通過化學機械拋光（CMP）去除多余材料，形成平坦表面。

摻雜與退火

離子注入：通過離子注入向有源區摻入磷（N型）或硼（P型），調整導電特性。

高溫退火：高溫退火修復晶格損傷，激活摻雜原子。