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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.
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MEMS Design & Fab
Silicon wafer fabrication• Taken from www.egg.or.jp/MSIL/english/index-e.html
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MEMS Design & Fab
Silicon wafer fabrication – slicing and polishing• Taken from www.egg.or.jp/MSIL/english/index-e.html
• Máscaras - são fotografias positiva ou negativa de alto contraste. Elas são usadas para delinear as partes onde incidirá (ou não incidirá) luz no fotoresiste. Hábasicamente 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.
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MEMS Design & Fab
Etching Issues - Anisotropy• Isotropic etchants etch at the same rate in
every direction
Isotropic
An-isotropicmask
• Difusão - refere-se a migração controlada de impurezas no substrato. Este processo écontrolado 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.
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MEMS Design & Fab
Thermal Oxidation
Silicon is consumed as the silicon dioxide isgrown.
Growth occurs in oxygen and/or steam at 800-1200 C.
~2um films are maximum practical
Silicon
O2
SiliconSiO2
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MEMS Design & Fab
Thermal Oxidation• Oxidation can be masked with silicon nitride,
which prevents O2 diffusion
SiliconSiO2
Silicon nitride
• 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.