1.1.1 基础工艺技术

在LSI/VLSI制程中，对于硅衬底基片，首先要对硅晶锭进行切磨抛、清洗、吸杂等预处理，然后进行氧化、光刻、离子注入、扩散退火、薄膜淀积（外延生长、形成绝缘膜、溅射金属膜）等基础工艺技术及其组合加工。

● 晶圆吸杂：在 LSI/VLSI制造工艺中，这一工序是在硅晶圆生产厂家来完成的。吸杂就是去除从单晶锭上切下的硅晶圆表面上沾染的金属杂质及缺陷。沾染的金属杂质在晶体中的扩散速度比较快，会被缺陷捕获形成深能级，所以必须在硅晶圆基片的预处理工序中清除掉。一种方法是对硅衬底进行离子注入，形成能捕获金属杂质的缺陷，称为外部吸杂；另一种方法是对于内部已存在缺陷的硅衬底，在 H₂中进行退火处理以消除缺陷，称为内部吸杂。

● 氧化：在LSI/VLSI制造工艺中，氧化工序是将硅衬底置于O₂中进行加热处理，生成SiO₂薄膜。氧化膜的厚度取决于硅片温度、气体流量、气体种类及氧化时间等。按氧化气氛来分，有干氧氧化、水汽氧化及湿氧氧化。湿氧氧化的氧化膜生长速率大约比干氧氧化大一个数量级。另外，也可以用氮气或氩气携带干燥氧气进行氧化。在这种情况下氧气被稀释（如N₂:O₂=3:1或5:1等），干氧氧化的生长速率变慢，稀释的比例越大，则生长速率越慢。根据 LSI/VLSI的要求，选择合适的稀释比例，就可以得到超薄氧化膜。按集成电路制造工艺来分，有初始氧化、基底氧化、预氧化、场区氧化、预栅氧化、栅氧化、多晶氧化及源漏氧化等。

当SiO₂膜比较薄时，膜厚与氧化时间成正比。膜变厚以后，膜厚与氧化时间的平方根成正比，因而要得到厚的氧化膜时，需要较长的氧化时间。经过氧化后，硅表面向深层方向移动，移动的距离为氧化膜厚度的0.44倍。因而，如果氧化膜厚度存在差异，经氧化后再去除所有的氧化膜，硅表面会存在台阶。

在LSI/VLSI制造技术中，根据工艺要求，选择干氧氧化、水汽氧化或湿氧氧化。但采用较多的是干氧-湿氧-干氧相结合的氧化方式。这种氧化方式既保证了 SiO₂表面和 Si-SiO₂界面质量，又解决了生长速率的问题。

在热氧化期间，在氧化气氛中添加少量含氯气体（Cl₂、HCl、C₂HCl₃、TCA等），可以捕获钠离子Na+，能显著改善SiO₂膜的电学稳定性。这种方法可以减少SiO₂-Si界面的表面态，减少SiO₂层下面的硅的位错，提高SiO₂层下面的少子寿命。

● 光刻：在 LSI/VLSI制造技术中，光刻是一种以光学复印（曝光）图像和材料腐蚀或刻蚀相结合的表面微细加工技术。前者是把制作在光掩模版上的集成电路几何图形，精确地复制到硅基片表面的光刻胶层上，形成具有相同几何图形结构的光刻胶图形掩蔽层；后者再利用光刻胶掩蔽层的抗蚀保护作用，对没有被光刻胶掩蔽而裸露着的某种薄膜材料进行选择性腐蚀或刻蚀，从而将上述的几何图形进一步转移到硅基片表面的薄膜材料层上。这些待腐蚀或刻蚀的薄膜材料通常是 SiO₂、PSG、BPSG、Poly、Si₃N₄等半导体材料及金属膜等。

在光刻工序中，各个工步包括硅片处理、涂HMDS黏附剂、涂胶、前烘、曝光、显影、后烘及腐蚀或刻蚀、去胶等。

关于光源，按照设计规则，0.8μm线条用高压汞灯的g线（436nm），0.35μm线条用i线（365nm），0.13μm线条用受激准分子激光器的UV光（KrF：248nm），0.10μm线条使用的光源为ArF：193nm。对更窄的线条，应该使用UV光（F2:157nm）、电子束、离子束或者X射线曝光。

● 腐蚀或刻蚀：在 LSI/VLSI制造技术中，腐蚀或刻蚀是指采用化学的、物理的，或同时使用化学和物理的方法，有选择性地把未被光刻胶掩蔽的待腐蚀或刻蚀的介质膜或金属膜去除，从而最终将掩模图形转移到介质层上。理想的腐蚀或刻蚀要求有良好的方向性、选择性及可控性，其方法可分为湿法腐蚀和干法刻蚀两类。

湿法腐蚀是把被光刻胶掩蔽的硅片浸泡在腐蚀剂中，未被光刻胶保护的薄膜材料（SiO₂、PSG、BPSG、Si、Poly、Al等）与腐蚀液发生化学反应，逐渐被去除。腐蚀不同的材料需要采用不同的腐蚀剂。腐蚀剂的主要成分是酸，选择适当的配方可得到很好的腐蚀选择性。

对于给定的材料，影响腐蚀速率的主要因素是温度。温度越高，腐蚀速率越大。为了控制腐蚀过程的反应速率，通常使反应在恒温下进行，并选用合适的腐蚀液。一般来说，湿法腐蚀是各向同性的腐蚀，腐蚀过程中腐蚀液不但浸蚀溶掉深度方向的材料，而且同时腐蚀侧壁的材料，并容易产生钻蚀现象，所以腐蚀分辨率不高。

湿法腐蚀存在侧向腐蚀并容易产生钻蚀的问题，要进一步提高腐蚀精度已很困难。而干法刻蚀工艺能高保真地传递图形，特别适用于细线条刻蚀。常用的干法刻蚀分成两种：一种是等离子刻蚀，它是依靠气体辉光放电生成的化学活性游离基与待刻蚀的材料发生化学反应而去除待刻蚀材料的一种方法；另一种是反应离子刻蚀，它是在纵向不断进行刻蚀，而在横向不进行刻蚀的所谓各向异性很强的刻蚀。反应离子刻蚀主要依赖于活性刻蚀剂气体的离子和游离基团与硅片表面之间的化学反应，这些活性粒子所具有的能量主要损耗化学反应，所以物理轰击能量稍小，因而对器件损伤较小。

● 离子注入：在 LSI/VLSI制造技术中，应用离子注入主要是为了对硅衬底进行掺杂，从而达到改变材料电学性质的目的。离子注入是把掺杂原子离化，然后在静电场中加速，使之获得一定的能量，均匀地注入硅片中。经过适当的退火处理后，注入的离子活化，起施主或受主的作用。

制造集成电路时，多道掺杂工序采用了离子注入。特别是在MOS集成电路的制程中，器件隔离工序中防止寄生沟道用的沟道截止、调整阈值电压用的沟道掺杂、CMOS的阱的形成及源漏区的形成等主要的掺杂工序都采用离子注入。

离子注入的射程取决于离子的种类，以及加速能量。离子注入的杂质经过退火而被激活，同时退火也具有热扩散作用，从而在硅衬底形成一定的杂质分布。为了形成比较深的离子注入分布，一般需采用700～1500keV的高能离子注入。

线条在0.13μm以下的器件工艺中，为了形成极浅结，需要采用新的离子注入技术，如低能量注入，将硼烷等分子离化或采用Ga、In、Sb等重离子注入，或者使用等离子掺杂等技术。

● 扩散退火：在LSI/VLSI制造技术中，为了使注入的杂质原子激活，要在N₂中900～1100℃温度范围对硅衬底加热，杂质原子在激活的同时也进行扩散，所以在进行器件结构的设计时，要考虑到经过退火热扩散后的杂质分布。线条在0.25μm以下微细结构的MOS器件中，源、漏极必须做成极浅结，因此不能使用传统的扩散工艺高温炉进行退火，而是采用灯丝加热的快速热处理（RTP）。扩散炉中的升温速率一般为10℃/min，而快速热处理的升温速率可以达到200℃/min，在几秒钟到几分钟时间之内就可以完成退火处理。

● 薄膜淀积：在 LSI/VLSI制造技术中，使用加热、等离子体及紫外线等各种能源，使气态物质经化学反应形成固态物质淀积在硅衬底上的方法，称为化学气相淀积，简称CVD工艺。实现CVD的方法主要有常压CVD（APCVD）、低压CVD（LPCVD）及等离子CVD（PECVD）等。与此相应的CVD装置要满足不同方法、不同性能和特点的要求。CVD在LSI/VLSI制造技术中的应用有：钝化膜——Si₃N₄、PSG；扩散掩蔽膜——SiO₂、Si₃N₄；扩散源——PSG、BSG；多层绝缘膜——PSG、BPSG、SiO₂、TEOS；栅极——Poly；栅绝缘膜——SiO₂；等等。

利用CVD工艺可以得到单晶硅、多晶硅、SiO₂（LTO、HTO、TEOS、BSG、PSG、BPSG等）、Si₃N₄及金属硅化物等薄膜。

上述工艺可以分类为清洗工艺（湿法清洁，去除光刻胶）、微细加工工艺（制版，腐蚀或刻蚀）、掺杂工艺（离子注入，扩散）、薄膜形成工艺（淀积绝缘膜，多晶硅膜，金属膜）及表面钝化工艺等。