浅谈20世纪80年代CMOS工艺流程

1 简介

因为CMOS工艺易于集成化，并且相对较低的电路功耗，所以。个人电脑、互联网络和数字革命，强烈推动了对CMOS集成电路芯片的需求，基于CMOS工艺设计、加工、生产出来的芯片是电子工业中最常见的IC芯片。在本期开始，我们将开始主要将关注点放在CMOS工艺上，将主要讨论4种完整的CMOS工艺流程。首先是20世纪80年代初的CMOS工艺，它只有一层铝合金互连线，这是CMOS工艺最开始的形式，结构上相对简单一些。接着讨论20世纪90年代四层铝合金互连CMOS技术，这一项演变的出现提升了互联线的密度，为更加复杂的集成化奠定了基础。然后讨论21世纪第一个十年发展起来的具有铜和低k互连的先进CMOS工艺流程。最后讨论具有高k金属栅、应力工程和铜/低k互连的最先进的CMOS技术。

存储芯片是IC产品最重要的部分之一，是IC技术发展的重要驱动力。目前，我们使用的每一台手机、电脑上都离不开存储器芯片，可见其已经成为我们现代生活中不可或缺的一部分。DRAM内存和NAND闪存芯片阵列的制造工艺与CMOS工艺完全不同。因此，本章用两节的篇幅专门讨论DRAM和NAND存储芯片的工艺过程。DRAM和NAND存储芯片的外围部分和普通CMOS工艺非常相似。

2 20世纪80年代CMOS工艺流程

20世纪70年代中期，IC工艺技术引入离子注入取代了半导体掺杂扩散。自对准形成源/漏电极已经成为MOS晶体管制造工艺的一个标准过程。因为离子注入后的高温退火要求，所以用多晶硅取代了金属栅。由于电子的迁移率比空穴高，在相同的尺寸和掺杂浓度下，NMOS的速度远远比PMOS高。引入离子注入技术后,NMOS管很快就代替了PMOS管，离子注入技术与扩散不同，可以很容易形成N型掺杂。

20世纪80年代，在数字逻辑电路制造的电子产品(如手表、计算器、个人电脑和专用计算机等)的驱动下，CMOS集成电路加工技术迅速发展。液晶显示器(LCD)技术的应用也加快了从NMOS集成电路过渡到低功耗CMOS集成电路。最小特征尺寸已经从3um缩小到0.8um,而晶圆尺寸已经从100mm(4in)增加到150mm(6in)。

20世纪80年代初期，使用LOCOS技术隔离CMOS集成电路中相邻的晶体管。PSG用于作为PMD,再流动温度约1100摄氏度。使用加热或电子束蒸发沉积铝硅合金薄层用于锥形接触孔形成金属互连。卧式氧化炉的应用包括:氧化、低压化学气相沉积、离子注入后退火和杂质扩散，以及PSG再流动。等离子刻蚀机用于进行图形化，如栅刻蚀，而较大的图形仍然采用湿法刻蚀。投影对准和曝光系统用于光刻工艺。为了满足光刻分辨率的要求，人们釆用正光刻胶取代了负光刻胶。大多数的加工工具是批量处理系统。下面三张图片显示了20世纪80年代初的CMOS工艺流程，最小特征尺寸约3um。

下图显示了20世纪80年代CMOS器件的横截面，结构中使用了LOCOS隔离，PSG再流动作为ILD0,锥形接触和AL-Si合金作为互连。

审核编辑：汤梓红