Microeletrônica no Brasil e nasUniversidades Brasileiras

Jacobus W. Swart

CCS e FEEC

UNICAMP

Jacobus@led.unicamp.br

http://www.ccs.unicamp.br

GTII, Fórum de Competitividades, MCT, 06/06/02

Sumário

• Importância da área para inovação

• Aplicações das Tecnologias de Microfabricação.

• Brasil nos anos 70

• Brasil atual

• RH em Microeletrônica

• Tendências e perspectivas.

1. Importância da área para inovação• A) Predictions by Herman Khan in 1969 for the

year 2000:– 16 did not come out:

• Transcontinental racquets for traveling: 15 min from Brazil to USA

• Meals based on tablets, no meat and so fort.

• Week-end traveling to the moon

• End of cancer disease

• Others

– 2 were correctly predicted:• PC at home will be common and will be easy to use

• Easy access to libraries and communication (internet)

Por que as previsões de Herman Khan foram corretas

apenas para aplicações baseadas em microeletrônica?

• é uma área muito fértil. Permite sonhar e criar!

• permite produzir produtos de baixíssimo custo.

• Como conseqüência:

• ela faz parte de número crescente de produtos

• constitui a base para o desenvolvimento de

várias outras áreas.

• constitui a base da economia moderna.

Exemplos:

Mercados complementares:• automatização total – uma nova revolução• agricultura moderna• itens para segurança• eletrônica embarcada, muitos outros.

MERCADOS

Portanto, tendência SoC Eletrônica = Microeletrônica.

Quem não produzir componentes, estará fora domercado de eletrônica.

Não participar do mercado de eletrônica:• será equivalente ao cenário se país hoje não tivesse uma indústria automobilística.• equivale a um futuro econômico e social sombrio.

Tecnologias Envolvidas em SoC:

Software is embedded!

2. Aplicações das Tecnologias de Microfabricação

Componentes Eletrônicos, CI’sComponentes OptoeltrônicosCircuitos FotônicosSensores e Atuadores – MEMSComponentes Micromecânicos – MEMSEstruturas para biologia e medicinaBase para o desenvolvimento de nanotecnologia.

Exemplos:

MEMS e IMEMS

Carbon NanotubesCarbon Nanotubes

A.P.L, 20/May/2002,p.3817.

3. Brasil nos anos 70

1970 Intel

DRAM 1Kbit

1978EPUSP

ROM 2Kbit

1970Bell Labs

CCD – 1 metal

1981EPUSP

BCCD – 2 poly

O gap tecnológico existia mas não era enorme.

Existiam várias indústrias:• Philco foi pioneira, desde os anos 60.• Muitas outras vieram depois, anos 70.

Produção de CI’s, ciclo completo: Philco-RCA(anos 70) e depois SID Microeletrônica (anos 80)

4. Brasil Atual

• Não há indústria de produção de CI’s (ciclo compl.)• Uma empresa de back-end – ITAUTEC.• Uma empresa de design de CI’s – Motorola• Duas empresas de diodos discretos: Aegis e Semikron

• Universidades:• Aumento de número de especialistas• Maior contato com o exterior• Apenas 4 laboratórios de processamento dedispositivos em Si: USP, UNICAMP, UFRGS, UFPE• Uma dezena de grupos de projeto de CI’s.

Universidades:• lutam para manter viva a atividade• dimensões mínimas > 1 m (Exterior: 100nmem produção e 15nm em pesquisa)• gap tecnológico enorme, não instransponível(os princípios são os mesmo, essencialmenteevolução).• falta estímulo para aumento de atividades eatração de pessoas (pesquisadores e alunos).

Centro de Componentes SemicondutoresCCS-UNICAMP:

:

• Objetivos:• Pesquisa e Desenvolvimento:

– CMOS– MEMS– Materiais e Etapas de Processos

• Ensino:– Tecnologias de Microfabricação

• Serviços:– Serviços de Microfabricação

Instalações:

Microfabrication Teaching at UNICAMP:

• Hand-on MOS IC Fabrication Course:– “Oficina de Microfabricação: Projeto e

Fabricação de CI’s MOS”.

– At under-graduate, graduate and vacation courses.

– 4 to 5 times a year, 12 students/course.

5. Formação de RH em Microeletrônica:

Content (80h course):• Seminars (26h):

– Semiconductor, devices and models– Process modules and Process Integration– Scaling theory, evolution, microsystems

• Microfabrication Lab. (20h):– Fabrication of a metal gate nMOS IC test chip

• Measurement Labs. (20h):– Material and process characterization– CMOS test chip characterization– Fabricated nMOS test chip characterization

• CAD and simulations (8h):– SUPREM, PISCES, SPICE, Microwind.

• Visits to neighbor labs. (6h).

C C S / U N I C A M PC C S / U N I C A M P

M O S T e c h n o l o g yM O S T e c h n o l o g y

CCS/UNICAMPCCS/UNICAMP

Academic Test ChipAcademic Test Chip

Containing:MOS capacitorsMOS transistorsDiodesVan der Pauw &

Kelvin structuresFlip-flop circuitBipolar transistorsRing oscillators

MOS TransistorsMOS Transistors

Opening of contacts and gate area of transistor

Transistor after completion of the fabrication process

StudentsStudents

Group of students in front of thermal oxidation furnace

Student performing mask alignment step

I-V and C-V CharacteristicsI-V and C-V Characteristics

I-V characteristic curves of a fabricated pMOS

transistor

C-V curves of a gated diode for different diode

reverse bias values

Conclusions on microfabrication course

• Hands on experimental course helps the understanding and to obtain overview.

• Obtained great motivation and respond from the students.

• From 1999 to 2002 – 124 students.

• Can attend up to 60 students/year.

É fundamental para criar cultura na área, quebrarbarreiras psicológicas, incentivar impreendedores.

RH no Brasil

• Estimativa de RH disponível:– doutores em E < 200– total de RH’s em E < 400

• Estimativa de RH, com especialização em microeletrônica, formado anualmente:– Tecnólogos 25– Engenheiros 60– Mestres 40– Doutores 20– Total 140

RH no ExteriorTéc Tec Eng. Mes. Dr. Total

nico nol Bel.

Canadá 40 35 400 200 35 710França 5000 950 250 6200Suíça 200

Singapura: 1200 profissionais – últimos 5 anos3000 engenheiros – próximos 3 anos

(Pop. 3.2 mi, PIB 85 bi, 40 empresas, 12 foundries)

Bélgica – IMEC emprega 1200 profissionais, sendo350 externos, budget anual de 120 mi.

5. Tendências e Perspectivas.2) Roadmap CMOS

http://www.itrs.net/2001_sia_roadmap/home.htm

Ano 01 02 03 04 05 06 07 10 13 16

P1 130 115 100 90 80 70 65 45 32 22

P2 150 130 107 90 80 70 65 45 32 22

L1 90 75 65 53 45 40 35 25 18 13

L2 65 53 45 37 32 28 25 18 13 9

P1 = DRAM ½ Pitch; P2 = MPU ½ PitchL1 = PMU Printed Gate Lenght; L2 = PMU Physical Gate Lenght; (all in nm)

Novos Dispositivos:

Até 2016, certamente CMOS será a tecnologia dominante,prevendo-se nesta data, comprimento de canal de 9nm. Dispositivos novos e não clássicos tornam-se necessáriospara estender o roadmap. Entre dispositivos CMOS não clássicos, o ITRS sugere: a) SOI de camada ultrafina (<5nm). (em 7 anos, 50% CMOS será SOI)b) Transistores com engenharia de bandgap. (ex. SiGe , gm , Ion ; de corpo ou SOI)c) Transistor de canal vertical (L definido por deposição)d) Transistor de porta duplae) FinFET = c) + d)Pós CMOS Roadmap: SET, transistores moleculares, nanotubos de carbono, computação quântica.

Vale a pena investir, se o fim do roadmap CMOS está a aprox. 15 ano ???

SIM !!!i) Microeletrônica não é apenas memória e MPU

Muitos produtos não requerem estado da arte

ii) Mercado p/ tecnologia CMOS-Si não termina

em 2016!

iii) Tecnologia e cultura CMOS-Si constitui base

p/ tecnologias pós roadmapSerá muito difícil pular a etapa CMOS-Si e

ter sucesso no pós CMOS, na nanoeletrônica!

Que tal investir também em produção de Si?

•300 mm é estado da arte (reduzcusto/die em 30 a 40%), preçode lâmina ~ US$ 1000.•400 mm demonstrado: 438kg•450 mm uma promessa (2015)e dúvidas?

Adição de N (~1014cm-3):• aumenta rigidez• reduz defeitos• auxilia precipitação de [O] – gettering.

Consórcios

• Não há muito espaço para ilhas

• Empresas formam consórcios

• Centros de pesquisa formam consórcios

• Necessitamos aprender a trabalhar em conjunto.

PNM

Necessitamos de plano industrial: componentese equipamentos + exportação

Necessitamos formar muito mais RH

Necessitamos um grande centro de P&D ede consórcios de P&D (centro, universidades,empresas).