Projetos de Circuitos Integrados. Tecnologia I

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1 Projetos de Circuitos Integrados. Tecnologia I

2 Processo de Fabricação Introdução O conhecimento do processo de fabricação permite ao projetista: otimizar o projeto; propor idéias inovadoras usando as características do processo; inferir sobre o efeito do layout no desempenho do circuito.

3 Etapas do Processo de Fabricação de um Circuito integrado Preparação do Cristal - o substrato dos circuitos integrados bipolares ou MOS são lâminas de silício cristalino com diâmetro de 4 a 8 polegadas de diâmetro e espessura de 250u a 400u.

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6 Máscaras - são fotografias positiva ou negativa de alto contraste. Elas são usadas para delinear as partes onde incidirá (ou não incidirá) luz no fotoresiste. Há basicamente 3 formas de gerá-las: técnicas fotográficas; feixe de laser; feixe de elétrons. Processo Fotolitográfico- Este processo consiste na aplicação do fotoresiste sobre a superfície da lâmina. Quando submetido exposição de luz o fotoresiste muda suas características físicas podendo ser removido de forma seletiva

7 Etapas de Fabricação Fotolitografia Oxidação Etching (Corrosão) Dopagem Epitaxia

8 Fotolitografia Os passos a serem seguidos na litografia são os seguintes: a) Desenho dos padrões utilizando um editor de leiaute; b) Produzir máscaras individuais para cada camada; c) Transferir os padrões das máscaras para o wafer; d) Usar técnicas de processamento para atuar em cada wafer utilizando os padrões definidos previamente.

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10 Fotolitografia Os passos a serem seguidos na litografia são os seguintes: a) Desenho dos padrões utilizando um editor de leiaute; b) Produzir máscaras individuais para cada camada; c) Transferir os padrões das máscaras para o wafer; d) Usar técnicas de processamento para atuar em cada wafer utilizando os padrões definidos previamente.

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12 Litografia e Transferência de Padrões Os passos a serem seguidos na litografia são os seguintes: a) Desenho dos padrões utilizando um editor de leiaute; b) Produzir máscaras individuais para cada camada; c) Transferir os padrões das máscaras para o wafer; d) Usar técnicas de processamento para atuar em cada wafer utilizando os padrões definidos previamente.

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14 Litografia e Transferência de Padrões Os passos a serem seguidos na litografia são os seguintes: a) Desenho dos padrões utilizando um editor de leiaute; b) Produzir máscaras individuais para cada camada; c) Transferir os padrões das máscaras para o wafer; d) Usar técnicas de processamento para atuar em cada wafer utilizando os padrões definidos previamente.

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16 Deposição - Filmes de vários materiais precisam ser aplicados durante a fabricação de um circuito integrado. Estes filmes produzem isoladores, resistores, condutores, dielétricos e dopantes. A deposição pode usar uma das seguintes técnicas: evaporação; sputtering; deposição por vapor químico (CDV) Etching - Designa a remoção seletiva de material não desejado. Etching úmido; Etching seco sputtering feixe de íons; plasma.

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18 Difusão - refere-se a migração controlada de impurezas no substrato. Este processo é controlado através da temperatura e do tempo. A difusão é um processo cujo controle da direção com precisão é difícil. Outra técnica usada para inserir impurezas é a implantação iônica.

19 Condutor e Resistor - O alumínio ou outro metal podem ser usados como condutores na interconexão entre componentes do circuito integrado. O polissilício, um condutor não metálico é usado nas portas dos transistores MOS, como resistor e como eletrodos de um capacitor.

20 Oxidação - processo onde o oxigênio combina com o substrato ou outros materiais para formar um óxido. SiO2 - serve como um bom isolante e também pode ser usado como material dielétrico em capacitores. Quando crescido sobre o substrato consome parte do silício. O crescimento de x microns de SiO2 consome 0.47x microns de silício do substrato. Si3N4 (nitrido) - é usado como dielétrico pois sua constante dielétrica é 4 vezes maior que a do SiO2.

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23 Epitaxia - o crescimento epitaxial é geralmente feito por deposição por vapor químico (CVD). Este processo é usado na tecnologia bipolar criando uma camada de silício cristalino. Testes e Encapsulamento - Após a sua fabricação os circuitos integrados precisam ser testados. O projetista precisa prever os pontos de testes para identificar possíveis falhas de projeto ou de mau funcionamento. Quanto a tecnologia de encapsulamento houve poucos avanços desde a década de 70. Trata-se de uma área que necessita novas tecnologias.

24 Processo de Fabricação dos Circuitos Integrados Existem três processos básicos de fabricação de circuitos integrados monolíticos: NMOS, CMOS e bipolar. Cada um destes processos serão descritos a seguir. Antes será introduzida uma nomenclatura comum na descrição de processos de fabricação. n+ indica região fortemente dopada e n- região fracamente dopada. Quando a região for denominada de n indica uma dopagem intermediária entre n+ e n-. A mesma denominação se aplica a p.

25 Resistividade - em um material homogêneo é uma medida volumétrica da característica resistiva do material.

26 Resistivadade de Folha - em processo de fabricação de circuito integrado a resistividade do material é definida por

27 Processo MOS Inicialmente será feita uma breve discussão sobre o princípio de operação do transistor MOS.

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29 Simbologia Há uma grande variedade de símbolos usados para representar os transistores MOS sendo os mais usuais os seguintes:

30 Processo NMOS No processo NMOS os seguintes dispositivos estão disponíveis: MOSFET canal n de enriquecimento; MOSFET canal n de depleção; capacitores; e resistores.

31 Passos do processo NMOS Processo NMOS 1) Limpeza da lâmina 2) CRESCIMENTO DE ÓXIDO FINO 3) Deposição do Si3N4 4) Aplicação de uma camada de fotoresiste 5) DETERMINAÇÃO DA ÁREA ATIVA (MOAT) (Máscara #1)

32 6) Revele o fotoresiste 7) Corrosão do Si3N4 8) IMPLANTAÇÃO DO CAMPO 9) Remoção do fotoresiste 10 CRESCIMENTO DO ÓXIDO DE CAMPO 11) Remoção do Si3N4 12) Remoção do óxido fino 13) CRESCIMENTO DO ÓXIDO FINO 14) Implantação do canal (opcional) 15) Aplicação do fotoresiste 16) DEFINIÇÃO DO CANAL DE DEPLEÇÃO DO TRANSISTOR (Máscara #2)

33 17) Revelação do fotoresiste 18) IMPLANTAÇÃO DA DEPLEÇÃO 19) Remoção do fotoresiste 20) Remoção do óxido fino 21) CRESCIMENTO DO ÓXIDO FINO 22) DEPOSIÇÃO DO POLISSILÍCIO (POLY I) 23) Aplicação do fotoresiste 24) DEFINIÇÃO DO POLY I (Máscara #3)

34 25) Revelação do fotoresiste 26) Corrosão do POLY I 27) Remoção do fotoresiste Segunda camada de polissilício opcional B.1 Remoção do óxido fino B.2 CRESCIMENTO DO ÓXIDO FINO B.3 DEPOSIÇÃO DO POLISSILÍCIO (POLY II) B.4 Aplicação do fotoresiste B.5 DEFINIÇÃO DO POLY II (Máscara #B) B.6 Revelação do fotoresiste B.7 CORROSÃO DO POLY II B.8 Remoção do fotoresiste B.9 Remoção do óxido fino

35 28) DIFUSÃO DO CANAL 29) Crescimento do óxido 30) Aplicação do fotoresiste 31) ABERTURA DOS CONTATOS (Máscara #4)

36 32) Revelação do fotoresiste 33) CORROSÃO DO ÓXIDO 34) Remoção do fotoresiste 35) DEPOSIÇÃO DO METAL 36) Aplicação do fotoresiste 37) DEFINIÇÃO DO METAL (máscara #5) 38) Revelação do fotoresiste 39) CORROSÃO DO METAL 40) Remoção do fotoresiste 41) APLICAÇÃO DA PASSIVAÇÃO 42) Aplicação do fotoresiste 43) DEFINIÇÃO DA ABERTURA DOS PADs (Máscara #6) 44)Revelação do fotoresiste 45) Corrosão da passivação 46) Remoção do fotoresiste 47) ENCAPSULAMENTO E TESTE

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