聊聊0.18μm工藝

0.18微米工藝是一個成熟的工藝節(jié)點，兼具成本效益和性能優(yōu)勢。它的技術(shù)特點包括STI隔離技術(shù)、Poly-SiON柵極堆棧、LDD源漏結(jié)構(gòu)、以及逐步引入銅互連和低k材料等。

盡管如今已不是最前沿的制程，但在功率器件、模擬電路、嵌入式存儲等領(lǐng)域仍然具有強大的生命力。通過不斷優(yōu)化工藝流程和良率控制，0.18微米工藝仍然是許多中低端芯片的理想選擇。

1. 0.18微米工藝概述

0.18微米工藝是一種半導(dǎo)體制造技術(shù)，特指半導(dǎo)體器件的最小特征尺寸為0.18微米（180納米）。這是上世紀(jì)90年代末和2000年代初廣泛應(yīng)用的工藝節(jié)點之一，也是半導(dǎo)體制造從亞微米技術(shù)過渡到深亞微米技術(shù)的重要節(jié)點。

在這個工藝節(jié)點上，晶體管的尺寸相對較小，電流路徑較短，因此其性能相較于之前的工藝節(jié)點（如0.35μm、0.25μm）有了顯著提升，功耗也降低了。盡管當(dāng)前先進工藝節(jié)點已經(jīng)進入5nm、3nm時代，0.18μm工藝仍然在模擬電路、傳感器、功率器件、嵌入式存儲和低成本消費電子產(chǎn)品等領(lǐng)域廣泛使用。

2. 0.18微米工藝中的關(guān)鍵技術(shù)

淺溝隔離（STI，Shallow Trench Isolation）：0.18微米工藝普遍采用淺溝隔離技術(shù)（STI）來替代之前節(jié)點使用的LOCOS隔離技術(shù)。STI通過在硅片上蝕刻出深溝，并填充氧化物，能夠有效減少漏電現(xiàn)象，提升器件的密度和性能。

硅/氮化硅柵極堆棧（Poly-SiON Gate Stack）：在0.18微米工藝中，柵極結(jié)構(gòu)通常采用多晶硅與氮化硅堆棧，以控制柵極介電層的厚度和泄漏電流。隨著特征尺寸縮小，柵極氧化層厚度也必須降低，但這會帶來更高的漏電流，因此需要優(yōu)化材料和工藝流程來平衡。

源極/漏極工程：為了控制短溝道效應(yīng)（SCE），0.18微米工藝中廣泛采用了漸變摻雜技術(shù)，如輕摻雜漏極（LDD，Lightly Doped Drain）結(jié)構(gòu)來減少電場過度集中。此外，還引入了快速熱退火（RTA，Rapid Thermal Annealing）技術(shù)來控制摻雜擴散。

銅互連與低k電介質(zhì)：盡管在0.18微米工藝中銅互連尚未大規(guī)模應(yīng)用，但部分廠商在該節(jié)點中開始引入銅互連以替代鋁互連，因為銅具有更低的電阻率，能夠降低信號延遲。低k材料（低介電常數(shù)材料）用于減少互連電容，進一步提高性能。

3. 工藝模塊的整合

在0.18μm工藝節(jié)點上，不僅FEOL（前端工藝）模塊得到了優(yōu)化，BEOL（后端工藝）也同樣需要優(yōu)化，以提升整個芯片的性能。以下是一些工藝模塊的整合技術(shù)：

高k介電層和低k介電層的整合：高k材料被用于柵極介質(zhì)以降低漏電流，而低k材料則被用于互連層以減少電容效應(yīng)，提高傳輸速率。

光刻技術(shù)：0.18μm工藝使用的光刻波長通常是248nm（深紫外，DUV）。當(dāng)時的工藝節(jié)點主要采用干式光刻技術(shù)，但也逐步引入了部分浸沒光刻工藝以提升分辨率。

離子注入與摻雜技術(shù)：離子注入精度和能量的控制是0.18微米工藝中的一大挑戰(zhàn)，必須通過先進的摻雜和退火工藝來優(yōu)化溝道長度和雜質(zhì)濃度分布。

4. 器件性能的提升

閾值電壓（Vt）調(diào)整：通過調(diào)整溝道摻雜、改進源漏極結(jié)構(gòu)及優(yōu)化柵極氧化層厚度，可以有效控制晶體管的閾值電壓，進一步提高器件的開關(guān)性能。

降低漏電流和功耗：0.18μm工藝通過優(yōu)化STI、LDD結(jié)構(gòu)以及柵極材料，顯著降低了漏電流，從而減少了功耗。由于該工藝的特征尺寸相對較小，漏電問題成為功耗管理的重要關(guān)注點。

5. 良率和可制造性的提升

0.18微米工藝中的良率和可制造性也是一個關(guān)鍵考慮因素。通過在各模塊之間（如離子注入、氧化、光刻、蝕刻等）的工藝整合，來減少缺陷、改善產(chǎn)出，并提升產(chǎn)品的電性一致性。與此同時，統(tǒng)計過程控制（SPC） 和故障分析（FA） 技術(shù)被用來確保產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

6. 0.18微米工藝的應(yīng)用

盡管當(dāng)前先進工藝節(jié)點已經(jīng)達到7nm及以下，0.18μm工藝仍在以下領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用：

功率器件（如MOSFET、IGBT等）

模擬/混合信號電路（如運算放大器、PLL等）

傳感器（如CMOS圖像傳感器、壓力傳感器）

嵌入式存儲器（如嵌入式Flash、SRAM）

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作者：胡工，北京大學(xué)微電子本碩，北京大學(xué)半導(dǎo)體校友會成員，在半導(dǎo)體行業(yè)工作多年，常駐深圳。歡迎交流，備注姓名+公司+崗位。