淺談20世紀80年代CMOS工藝流程

1簡介

因為CMOS工藝易于集成化，并且相對較低的電路功耗，所以。個人電腦、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字革命，強烈推動了對CMOS集成電路芯片的需求，基于CMOS工藝設(shè)計、加工、生產(chǎn)出來的芯片是電子工業(yè)中最常見的IC芯片。在本期開始，我們將開始主要將關(guān)注點放在CMOS工藝上，將主要討論4種完整的CMOS工藝流程。首先是20世紀80年代初的CMOS工藝，它只有一層鋁合金互連線，這是CMOS工藝最開始的形式，結(jié)構(gòu)上相對簡單一些。接著討論20世紀90年代四層鋁合金互連CMOS技術(shù)，這一項演變的出現(xiàn)提升了互聯(lián)線的密度，為更加復(fù)雜的集成化奠定了基礎(chǔ)。然后討論21世紀第一個十年發(fā)展起來的具有銅和低k互連的先進CMOS工藝流程。最后討論具有高k金屬柵、應(yīng)力工程和銅/低k互連的最先進的CMOS技術(shù)。

存儲芯片是IC產(chǎn)品最重要的部分之一，是IC技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動力。目前，我們使用的每一臺手機、電腦上都離不開存儲器芯片，可見其已經(jīng)成為我們現(xiàn)代生活中不可或缺的一部分。DRAM內(nèi)存和NAND閃存芯片陣列的制造工藝與CMOS工藝完全不同。因此，本章用兩節(jié)的篇幅專門討論DRAM和NAND存儲芯片的工藝過程。DRAM和NAND存儲芯片的外圍部分和普通CMOS工藝非常相似。

220世紀80年代CMOS工藝流程

20世紀70年代中期，IC工藝技術(shù)引入離子注入取代了半導(dǎo)體摻雜擴散。自對準形成源/漏電極已經(jīng)成為MOS晶體管制造工藝的一個標(biāo)準過程。因為離子注入后的高溫退火要求，所以用多晶硅取代了金屬柵。由于電子的遷移率比空穴高，在相同的尺寸和摻雜濃度下，NMOS的速度遠遠比PMOS高。引入離子注入技術(shù)后,NMOS管很快就代替了PMOS管，離子注入技術(shù)與擴散不同，可以很容易形成N型摻雜。

20世紀80年代，在數(shù)字邏輯電路制造的電子產(chǎn)品(如手表、計算器、個人電腦和專用計算機等)的驅(qū)動下，CMOS集成電路加工技術(shù)迅速發(fā)展。液晶顯示器(LCD)技術(shù)的應(yīng)用也加快了從NMOS集成電路過渡到低功耗CMOS集成電路。最小特征尺寸已經(jīng)從3um縮小到0.8um,而晶圓尺寸已經(jīng)從100mm(4in)增加到150mm(6in)。

20世紀80年代初期，使用LOCOS技術(shù)隔離CMOS集成電路中相鄰的晶體管。PSG用于作為PMD,再流動溫度約1100攝氏度。使用加熱或電子束蒸發(fā)沉積鋁硅合金薄層用于錐形接觸孔形成金屬互連。臥式氧化爐的應(yīng)用包括:氧化、低壓化學(xué)氣相沉積、離子注入后退火和雜質(zhì)擴散，以及PSG再流動。等離子刻蝕機用于進行圖形化，如柵刻蝕，而較大的圖形仍然采用濕法刻蝕。投影對準和曝光系統(tǒng)用于光刻工藝。為了滿足光刻分辨率的要求，人們釆用正光刻膠取代了負光刻膠。大多數(shù)的加工工具是批量處理系統(tǒng)。下面三張圖片顯示了20世紀80年代初的CMOS工藝流程，最小特征尺寸約3um。

下圖顯示了20世紀80年代CMOS器件的橫截面，結(jié)構(gòu)中使用了LOCOS隔離，PSG再流動作為ILD0,錐形接觸和AL-Si合金作為互連。

審核編輯：湯梓紅