Projetos de Circuitos Integrados.

Tecnologia I

Processo de Fabricação

Introdução

• O conhecimento do processo de fabricação permite aoprojetista:– 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 circuitosintegrados bipolares ou MOS são lâminas de silíciocristalino com diâmetro de 4 a 8 polegadas de diâmetroe espessura de 250u a 400u.

• Máscaras - são fotografias positiva ou negativa de altocontraste. Elas são usadas para delinear as partes ondeincidirá (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 naaplicação do fotoresiste sobre a superfície da lâmina.Quando submetido exposição de luz o fotoresiste mudasuas características físicas podendo ser removido deforma seletiva

Etapas de Fabricação

• Fotolitografia• Oxidação• Etching (Corrosão)• Dopagem• Epitaxia

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.

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.

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.

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.

• 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.

• 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.

• Epitaxia - o crescimento epitaxial é geralmente feitopor deposição por vapor químico (CVD). Este processoé usado na tecnologia bipolar criando uma camada desilício cristalino.

• Testes e Encapsulamento - Após a sua fabricação oscircuitos integrados precisam ser testados. O projetistaprecisa prever os pontos de testes para identificarpossíveis falhas de projeto ou de mau funcionamento.Quanto a tecnologia de encapsulamento houve poucosavanços desde a década de 70. Trata-se de uma área quenecessita novas tecnologias.

Processo de Fabricação dos Circuitos Integrados

• Existem três processos básicos de fabricação decircuitos integrados monolíticos: NMOS, CMOS ebipolar. Cada um destes processos serão descritos aseguir.

• Antes será introduzida uma nomenclatura comum nadescrição de processos de fabricação.– n+ indica região fortemente dopada e n- região fracamente

dopada. Quando a região for denominada de n indica umadopagem intermediária entre n+ e n-. A mesma denominaçãose 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.

Processo NMOS• Passos do 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)

• 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)

• 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)

• 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

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

• 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