Projetos de Circuitos Integrados. Tecnologia
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.
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 6 polegadas e espessura de 250u a 400u.
Silicon wafer fabrication Taken from www.egg.or.jp/MSIL/english/index-e.html
MEMS Design & Fab
ksjp, 7/01
•
Silicon wafer fabrication – slicing and polishing Taken from www.egg.or.jp/MSIL/english/index-e.html
MEMS Design & Fab
ksjp, 7/01
•
• 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
• 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.
Etching Issues - Anisotropy
• Isotropic etchants etch at the same rate in every direction mask
An-isotropic
MEMS Design & Fab
ksjp, 7/01
Isotropic
• 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. • 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.
• 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.
Thermal Oxidation O2
Silicon is consumed as the silicon dioxide is grown. Growth occurs in oxygen and/or steam at 8001200 C. ~2um films are maximum practical MEMS Design & Fab
ksjp, 7/01
Silicon
SiO2 Silicon
Thermal Oxidation
• Oxidation can be masked with silicon nitride, which prevents O2 diffusion Silicon nitride
MEMS Design & Fab
ksjp, 7/01
SiO2 Silicon
• 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.
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.
• Resistividade - em um material homogêneo é uma medida volumétrica da característica resistiva do material.
• Resistivadade de Folha - em processo de fabricação de circuito integrado a resistividade do material é definida por
Processo MOS • Inicialmente será feita uma breve discussão sobre o princípio de operação do transistor MOS.
Simbologia • Há uma grande variedade de símbolos usados para representar os transistores MOS sendo os mais usuais os seguintes:
Processo NMOS • No processo NMOS os seguintes dispositivos estão disponíveis: – – – –
MOSFET canal n de enriquecimento; MOSFET canal n de depleção; capacitores; e resistores.
