聊聊0.18µm工艺

0.18微米工艺是一个成熟的工艺节点，兼具成本效益和性能优势。它的技术特点包括STI隔离技术、Poly-SiON栅极堆栈、LDD源漏结构、以及逐步引入铜互连和低k材料等。

尽管如今已不是最前沿的制程，但在功率器件、模拟电路、嵌入式存储等领域仍然具有强大的生命力。通过不断优化工艺流程和良率控制，0.18微米工艺仍然是许多中低端芯片的理想选择。

1. 0.18微米工艺概述

0.18微米工艺是一种半导体制造技术，特指半导体器件的最小特征尺寸为0.18微米（180纳米）。这是上世纪90年代末和2000年代初广泛应用的工艺节点之一，也是半导体制造从亚微米技术过渡到深亚微米技术的重要节点。

在这个工艺节点上，晶体管的尺寸相对较小，电流路径较短，因此其性能相较于之前的工艺节点（如0.35µm、0.25µm）有了显著提升，功耗也降低了。尽管当前先进工艺节点已经进入5nm、3nm时代，0.18µm工艺仍然在模拟电路、传感器、功率器件、嵌入式存储和低成本消费电子产品等领域广泛使用。

2. 0.18微米工艺中的关键技术

浅沟隔离（STI，Shallow Trench Isolation）：0.18微米工艺普遍采用浅沟隔离技术（STI）来替代之前节点使用的LOCOS隔离技术。STI通过在硅片上蚀刻出深沟，并填充氧化物，能够有效减少漏电现象，提升器件的密度和性能。

硅/氮化硅栅极堆栈（Poly-SiON Gate Stack）：在0.18微米工艺中，栅极结构通常采用多晶硅与氮化硅堆栈，以控制栅极介电层的厚度和泄漏电流。随着特征尺寸缩小，栅极氧化层厚度也必须降低，但这会带来更高的漏电流，因此需要优化材料和工艺流程来平衡。

源极/漏极工程：为了控制短沟道效应（SCE），0.18微米工艺中广泛采用了渐变掺杂技术，如轻掺杂漏极（LDD，Lightly Doped Drain）结构来减少电场过度集中。此外，还引入了快速热退火（RTA，Rapid Thermal Annealing）技术来控制掺杂扩散。

铜互连与低k电介质：尽管在0.18微米工艺中铜互连尚未大规模应用，但部分厂商在该节点中开始引入铜互连以替代铝互连，因为铜具有更低的电阻率，能够降低信号延迟。低k材料（低介电常数材料）用于减少互连电容，进一步提高性能。

3. 工艺模块的整合

在0.18µm工艺节点上，不仅FEOL（前端工艺）模块得到了优化，BEOL（后端工艺）也同样需要优化，以提升整个芯片的性能。以下是一些工艺模块的整合技术：

高k介电层和低k介电层的整合：高k材料被用于栅极介质以降低漏电流，而低k材料则被用于互连层以减少电容效应，提高传输速率。

光刻技术：0.18µm工艺使用的光刻波长通常是248nm（深紫外，DUV）。当时的工艺节点主要采用干式光刻技术，但也逐步引入了部分浸没光刻工艺以提升分辨率。

离子注入与掺杂技术：离子注入精度和能量的控制是0.18微米工艺中的一大挑战，必须通过先进的掺杂和退火工艺来优化沟道长度和杂质浓度分布。

4. 器件性能的提升

阈值电压（Vt）调整：通过调整沟道掺杂、改进源漏极结构及优化栅极氧化层厚度，可以有效控制晶体管的阈值电压，进一步提高器件的开关性能。

降低漏电流和功耗：0.18µm工艺通过优化STI、LDD结构以及栅极材料，显著降低了漏电流，从而减少了功耗。由于该工艺的特征尺寸相对较小，漏电问题成为功耗管理的重要关注点。

5. 良率和可制造性的提升

0.18微米工艺中的良率和可制造性也是一个关键考虑因素。通过在各模块之间（如离子注入、氧化、光刻、蚀刻等）的工艺整合，来减少缺陷、改善产出，并提升产品的电性一致性。与此同时，统计过程控制（SPC） 和故障分析（FA） 技术被用来确保产品质量的稳定性。

6. 0.18微米工艺的应用

尽管当前先进工艺节点已经达到7nm及以下，0.18µm工艺仍在以下领域具有广泛应用：

功率器件（如MOSFET、IGBT等）

模拟/混合信号电路（如运算放大器、PLL等）

传感器（如CMOS图像传感器、压力传感器）

嵌入式存储器（如嵌入式Flash、SRAM）

汽车电子与工业控制芯片

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作者：胡工，北京大学微电子本硕，北京大学半导体校友会成员，在半导体行业工作多年，常驻深圳。欢迎交流，备注姓名+公司+岗位。