Aula - 9 09 VF 2018(2).pdf · 2018. 10. 9. · Aula - 9. Camadas de metal B a c k-e n d (B E O L) (capítulo 3 do livro) F r o n t-e n d (F E O L) Camadas de metal ... Analisaremos

Microeletrônica

Prof. Fernando Massa Fernandes

(Prof. Germano Maioli Penello)http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Microeletronica_2016-2.html

Sala 5017 E

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Aula - 9

http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Microeletronica_2016-2.html

Camadas de metalB

ack-

end

(BE

OL)

(capítulo 3 do livro)Fr

ont-e

nd (F

EO

L)

Camadas de metal

As camadas de metal em um CI conectam os dispositivos (resistores, capacitores, MOSFETs, ...) entre si. Analisaremos aqui apenas um processo CMOS genérico com apenas duas camadas metálicas que chamaremos de metal1 e metal2.

Os metais comumente utilizados em CMOS são alumínio e cobre.

Analisaremos neste estudo das camadas de metal a área de solda (bonding pad), capacitâncias associadas às camadas, crosstalk, resistência de folha e eletromigração.

“Almofada” de contato- Bonding pad

Interface entre o substrato já processado e o mundo externo


Detalhes do chip de 2015

Os pads variam de acordo com a regra de design do fabricante. O tamanho do bonding pad especificado pelo MOSIS é um quadrado de 100m x 100m.

O tamanho final do pad é a única parte do leiaute que não é escalonado a medida que as dimensões do processo diminuem.


Note a existência de isolante sob e sobre o metal (isolantes entre camadas)

Contatos para testes com probe station podem ser fabricados fora da área de contato com dimensões mínimas 6m x 6m.

Capacitância metal-substratoO substrato está aterrado e para efeitos práticos pode ser pensado como um plano equipotencial.

Qual componente é formado quando temos dois equipotenciais separados por um isolante?


Qual componente é formado quando temos dois equipotenciais separados por um isolante?

+

-


Aparecimento de capacitâncias parasíticas entre o metal e o substrato.

Exemplo de capacitâncias parasíticas típicas em um processo CMOS

Capacitância metal-substratoEstimando a capacitância parasítica de um pad de 100x100 m2 entre uma camada de metal2 e o substrato:

área Valor obtido na tabela do slide anterior

perímetro Valor obtido na tabela do slide anterior

+x xCapac. =

Passivação

O metal2 está coberto com um isolante! Não é possível fazer contato elétrico com ele com uma microsoldadora.Esta camada de óxido é chamada de passivação. Ela protege o chip de contaminações.

Camada overglass

Cortes na passivação são feitos para obter contato elétrico. Para especificar onde abrir o contato, usamos a camada overglass.

Regra MOSIS – 6m entre o limite do metal e o da abertura overglass. Qual a escala usada no desenho acima?

Camada overglass

Cortes na passivação são feitos para obter contato elétrico. Para especificar onde abrir o contato, usamos a camada overglass.

Regra MOSIS – 6m entre o limite do metal e o da abertura overglass. Qual a escala usada no desenho acima? = 50 nm

Importante

Estamos exemplificando um processo de apenas 2 metais!

Se o processo tiver, por exemplo, 5 metais, o último metal (camada superior para fazer a solda) é chamado de metal5.

Leiaute das camadas de metalAté agora vimos as camadas de poço-n, metal2 e overglass. Agora veremos as camadas de metal1 e a via1

Metal1 e via1

Via1 - região onde o isolante deve ser removido para haver conexão entre o metal1 e o metal2.

Metal1 – Camada de metal logo abaixo do meltal2

Num processo de mais metais: Via n → conexão entre metal n e metal n+1

Observe as vias do metal

Metal e via

Exemplo

Poço-n, metal1, via1, metal2 (OBS: sem overglass)

Parasíticos associados ao metalQuais são os efeitos parasíticos que podemos associar à camada de metal?


Resistência de folha - Resistência de contato - Capacitância

Idealmente, o metal é considerado sem resistência. Isto não é verdade no mundo real. Alguns efeitos que podem ser considerados são:


Resistência de folha - Resistência de contato - Capacitância

Idealmente, o metal é considerado sem resistência. Isto não é verdade no mundo real. Alguns efeitos que podem ser considerados são:

Qual o tempo de atraso de uma conexão metálica de 1 mm de comprimento e 200nm de largura?

Parasíticos associados ao metal

Metal 1→ R square= 0.1 Ω

C square=C total

l

t d≈ 0 . 35 RC total

Exercício Proposto:

Parasíticos associados ao metal

28 ps é um atraso significativo?

Exercício Proposto:

Atraso de propagação intrínsecoQuanto tempo a luz leva para percorrer 1 mm em um dielétrico (silício)?

Atraso de propagação intrínsecoQuanto tempo a luz leva para percorrer 1 mm em um dielétrico (silício)?

Determinar a velocidade de propagação no meio e conferir o tempo de propagação por unidade de comprimento.

Utilizando o SiO2 como dielétrico com constante dielétrica ~4.

Atraso de propagação intrínseco

Determinar a velocidade de propagação no meio e conferir o tempo de propagação por unidade de comprimento.

6.7 ps/mm < 28 ps/mm. Mas notem que os valores são próximos

Utilizando o SiO2 como dielétrico com constante dielétrica ~4.

Quanto tempo a luz leva para percorrer 1 mm em um dielétrico (silício)?

Capacitância parasítica entre metal2 e metal1

Veja a tabela do slide 9

Calcule a capacitância parasítica entre quadrados de 10x10 com =50nm:


Veja a tabela do slide 38

Capacitância parasítica entre quadrados de 10x10 com =50nm


No exemplo anterior, qual a variação de tensão no metal1 quando o metal2 varia de 0 a 1V?

Capacitância entre o substrato e o metal1?Qual o circuito que reproduz o problema?Conservação de carga Q = CV



Capacitância entre o substrato e o metal1(10x10) (4x10)



Capacitância entre o substrato e o metal1

Qual o circuito que reproduz o problema?





Substrato





Conservação de carga Q = CV

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