逻辑的博客
旅程下来台积电记忆车道-第1部分
迪克·詹姆斯
几个月前，我们发表了一篇关于MOS工艺历史的博客，这是由Pat Gelsinger的文章引发的主题在去年11月的英特尔创新日上，虽然一开始是通用的，但当我们达到90nm时，我们变得具体起来，展示了英特尔的设备。
这促使我们回顾了另一家在半导体行业和生态系统中做出巨大改变的公司，即台积电，更广为人知的名字是台积电。
第一阶段-启动
这是一段历史——1986年成立，张忠铨担任董事会主席，不久他就搬到台湾领导工业技术研究所(ITRI)。启动资金为4800万美元，分别来自台湾行政院发展基金(48.3%)、飞利浦(27.5%)和其他受到政府影响的台湾公司。1988年又获得了2900万美元和2.05亿美元的两轮融资，共计2.82亿美元。
生产于1987年开始，最初在一个租用的ITRI 6”晶圆厂，使用来自ITRI的2微米和3.5微米技术。随后，飞利浦又为其定制了3.0µm技术，这可能是他们第一次认真的量产工艺。
Fig-1-TSMC-3 -µ—
正如你所看到的，这是一个单一的聚体，单一的金属过程;我们在图片上做了标记，因为你可能要超过60岁才能认出这项技术!1988年，1.5 μ m技术迅速跟进。
他们网站上的这张图很好地展示了工艺开发的快速顺序;
Fig-2-Process-Technology-Nodes_20210603
TSMC于1994年上市，到那时他们已经发展到0.6 μ m 3-金属逻辑工艺，以及2-聚，2-金属混合信号版本和1.0 μ m BiCMOS技术。他们还拥有IIA和IIB晶圆厂，还有一个8英寸的Fab III正在服役。从1990年到1994年，他们的晶圆出货量为250万片，销售额从22亿元新台币增长到193亿元新台币，因此代工模式无疑正在起飞。
图3 Altera 0.6 μ m EPLD的截面
上面的Altera EPLD只是0.6微米工艺的双金属版本，但我们可以看到，平面化(就像它)是由流动玻璃(磷酸硅酸盐或硼磷硅酸盐玻璃- PSG或BPSG)，自旋玻璃(SOG)，氧化物沉积和蚀刻的组合实现的。这是很好的三个金属层，但以上的块状得到太多，台阶覆盖的铝只是不能应付。ICE的评估是，触点中的金属被稀释了高达75%。
(ICE -集成电路工程，是一家位于凤凰城的公司，于2001年被Chipworks收购，幸运的是，他们的报告仍然可以在TechInsights上找到。我们不得不找到一些这样的记录!)
我们还发展到在栅极上使用硅化钨，但没有使用源/漏，而磁体仍然是设备隔离的主要方法。
阶段2 -扩展和追赶
1995年，8”Fab III投产，钨塞问世。尽管IBM早在几年前就已经开发出了CMP(化学-机械平面化)，但这些插头是通过沉积和蚀刻形成的。桥塞的使用改善了平面化，使更多的金属得以使用:
图4 Altera 0.5µm EPLD的截面
到0.35微米(1997年)，台积电采用了CMP和硅化钛，虽然钨留在闸门上。
图5- 5 Pericom 0.35µm PCI桥的截面
同样在1997年，台积电开始了“半节点”工艺的习惯，推出0.3µm工艺;第二年，我们看到了第一个0.25微米产品-正如我们所看到的，我们在这部分完全实现了六种金属的CMP，完全自对准硅化钛(Ti salicide)，并引入了浅沟槽隔离(STI)。
图6:Philips 0.25µm图形处理器的横截面
在商业方面，1998年，他们实现了500亿新台币的收入，运输120万片8英寸的晶圆，在半导体的衰退年，晶圆技术在俄勒冈州的晶圆厂开始运输晶圆。
最近，台积电前研发副总裁江尚义发表了他的文章口述历史到计算机历史博物馆，他说他们的0.25微米工艺使用氟硅酸盐玻璃(FSG)作为低k电介质的形式，但我们的报告没有记录。他还说，释放那个节点非常困难，但他们按时完成了。
1998年，0.22 μ m节点也开始生产;正如预期的那样，这看起来与0.25微米一代非常相似，具有更紧密的金属间距，但晶体管结构发生了变化:
图7:Altera 0.22 μ m FPGA的晶体管横截面
钛水杨剂仍在使用，但我们现在有l形的侧壁垫片，而不是三角形的。栅极长度为0.16 μ m，所以我们现在处于一个节点命名开始变得毫无意义的时代——低至0.25 μ m，栅极长度是制造生成的一个相当可靠的指标。
2000年，在0.18 μ m (180 nm)处，我们注意到后端的变化，并在介电堆中识别出FSG。(FSG的介电常数为~3.6，而SiO2为~4.0。)那一年也见证了第六晶圆厂的开业，该晶圆厂内部也有一条300毫米的试产线。
图8:180 nm朗讯DSP a)金属/介电堆截面b)介电堆SIMS分析c)晶体管截面
我们在晶体管结构中仍然有l型间隔，但有一个开关到水化钴-栅极长度为~130纳米!上面显示的朗讯部件有五个金属层，但我们也分析了有七个金属层的部件。
千禧年对台积电来说是繁荣的一年，1999年的销售额增长了127%，1992 - 2000年的年复合增长率为50%。
图- 9台积电- 1992 - 2000
同年还推出了150纳米一代，延续了半节点的模式。在后台，研发部门正在开发130纳米(铜)工艺，并建立300毫米工艺，而在新竹的300毫米Fab 12和台南的Fab 14正在建设中。
阶段3 -图纸水平-甚至(简要)超前
待续…
