Germano Maioli Penello

Apresentação em tema: "Germano Maioli Penello"— Transcrição da apresentação:

1 Germano Maioli Penello
Microeletrônica Germano Maioli Penello Sala 5145 (sala 17 do laboratorio de engenharia elétrica) Aula 09 1

2 Revisão Já analisamos as seguintes camadas de fabricação: n-well, metal1, metal2, via1 e overglass. 2

3 Revisão O que a máscara n-well faz na bolacha de Silício? Visão 3D

4 Revisão O que a máscara n-well faz na bolacha de Silício?
Define a região de dopagem tipo n. Visão 3D Máscara 4 4

5 O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício?
Revisão O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício? Definem as regiões com metal 1 ou metal 2 e as conexões entre os metais 1 e 2. 5 5

6 O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício?
Revisão O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício? Definem as regiões com metal 1 ou metal 2 e as conexões entre os metais 1 e 2. 6 6

7 O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício?
Revisão O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício? Definem as regiões com metal 1 ou metal 2 e as conexões entre os metais 1 e 2. O que a máscara overglass faz? 7 7

8 O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício?
Revisão O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício? Definem as regiões com metal 1 ou metal 2 e as conexões entre os metais 1 e 2. O que a máscara overglass faz? Define a região sem óxido para conexão elétrica externa. 8 8

9 O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício?
Revisão O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício? Definem as regiões com metal 1 ou metal 2 e as conexões entre os metais 1 e 2. O metal 1 está conectado com o resistor de poço-n? 9 9

10 O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício?
Revisão O que as máscaras metal1, metal 2 e via1 fazem na bolacha de Silício? Definem as regiões com metal 1 ou metal 2 e as conexões entre os metais 1 e 2. O metal 1 está conectado com o resistor de poço-n? Não! Ainda não aprendemos como remover o óxido para conectar o resistor. 10 10

11 Revisão Já analisamos as seguintes camadas de fabricação: n-well, metal1, metal2, via1 e overglass. A partir de agora, analisaremos as camadas ativa, n-select, p-select, poly1, silicide e contato. 11 11

12 Novas camadas As camadas ativa, n-select, p-select, poly são usadas para criar o canal-n e o canal-p dos MOSFETs e também com elas poderemos definir um contato entre o metal1 com o substrato ou o poço. As camadas n-select e p-select definem onde implantar os átomos p e n. As camadas ativa e as camadas select são sempre usadas em conjunto. 12

13 MOSFET fabricação 13

14 Camada ativa A camada ativa define onde abrir o FOX (field oxide) definindo a área ativa. O FOX separa dispositivos uns dos outros. As áreas ativas são isoladas uma das otras pelo FOX (existe conexão entre os dispositivos pelo substrato ou pelo poço, mas o FOX tenta fazer com que essa comunicação seja mínima). 14

15 p-select e n-select As máscaras p-select e n-select sempre acompanham a camada ativa. Elas são usadas para dopar a região ativa com átomos p ou n (Quais átomos são usados para dopagem p ou n?). 15

16 p-select e n-select As máscaras p-select e n-select sempre acompanham a camada ativa. Elas são usadas para dopar a região ativa com átomos p ou n (Quais átomos são usados para dopagem p ou n?). Como é a seção de corte dessas máscaras? 16

17 p-select e n-select As máscaras p-select e n-select sempre acompanham a camada ativa. Elas são usadas para dopar a região ativa com átomos p ou n (Quais átomos são usados para dopagem p ou n?). 17

18 p-select e n-select As máscaras p-select e n-select sempre acompanham a camada ativa. Elas são usadas para dopar a região ativa com átomos p ou n (Quais átomos são usados para dopagem p ou n?). 18

19 p-select e n-select As máscaras p-select e n-select sempre acompanham a camada ativa. Elas são usadas para dopar a região ativa com átomos p ou n (Quais átomos são usados para dopagem p ou n?). As máscaras n-select e p-select são sempre maiores que as regiões ativas para evitar problemas de desalinhamento. O FOX protege o substrato da implantação. 19

20 Camada poly O nome poly vem de polisilício (polysilicon), um material policristalino de silício. Desenhar um poly em cima de uma região ativa forma um MOSFET. O número de MOSFETs em um processamento é facilmente obtido contando-se quantas vezes o poly cruza a região ativa. O poly forma a porta (gate) do MOSFET. O dreno e a fonte são formadas pela implantação n. 20

21 Camada poly O MOSFET visto desta maneira é um dispositivo de 3 terminais; não estamos abordando a conexão ao corpo (body) do MOSFET. Com a conexão de corpo, o MOSFET passa a ser um dispositivo de 4 terminais. 21

22 Porta auto alinhada GOX A área abaixo do poly não é dopada.
A camada poly protege a região abaixo dela da implantação dos dopantes A fina camada de óxido entre o poly e a região ativa é chamada de óxido de porta - gate oxide (GOX) O dreno e fonte ficam auto alinhados com a deposição do poly da porta. 22

23 Exemplo de erros Implantação dos dopantes (camadas select) antes da deposição do poly. O que aconteceria caso o poly e as camadas ativas fiquem ligeiramente desalinhadas? Esta é a vantagem da camada poly auto alinhada. 23

24 Fio de poly As camadas de poly podem ser usadas como fios da mesma forma que a camada de metal. Note que a camada poly fica em cima da camada FOX. A resistência de folha da camada poly é ~200 W/quadrado. Compare com a camada metálica! A capacitância ao substrato também é maior (veja tabela da aula passada). Portanto, o atraso do fio poly é maior do que o do metal. Para reduzir a resistência de folha, uma camada silicide é depositada sobre o MOSFET. O silicide e o poly formam o chamdado polycide. Silicide – mistura de silício com um elemento mais eletropositivo (por ex., tungstênio) 24

25 Resistências típicas Com silicide as resistências são bem menores!
Note que o silicide é sempre colocado acima do poly! Se for colocado abaixo, cria um contato retificador (contato de barreira Schottky). 25

26 Bloco de silicide Resistências da tabela do slide anterior (com e sem Silicide): 26

27 Bloco de silicide Resistências da tabela do slide anterior (com e sem Silicide): ns ps 27

28 Fluxo de processo CMOS Genérico
O pad oxide serve apenas como uma camada para o crescimento do silicon nitride que evita o crescimento de óxido. O fotorresiste é depositado e o com fotolitografia protegemos a região de interesse e definimos a região aberta no FOX. 28

29 Fluxo de processo CMOS Genérico
A área não protegida é corroída e forma trincheiras rasas. 29

30 Fluxo de processo CMOS Genérico
As trincheiras são preenchidas com SiO2 formando a região de campo (regiões do FOX). Este tipo de isolamento entre os dispositivos é chamada de isolamento de trincheira rasa (STI – shallow trench isolation) 30

31 Fluxo de processo CMOS Genérico
Duas regiões de implante são feitas para ajustar a tensão de gatilho. As implantações p e n são feitas em etapas distintas. 31

32 Fluxo de processo CMOS Genérico
Polisilício já depositado e o padrão já definido (porta do MOSFET) em cima do óxido de porta. 32

33 Fluxo de processo CMOS Genérico
Implantação rasa para formar o lightly doped drain (LDD) do MOSFET. Serve para prevenir o campo elétrico perto da fonte e dreno ficar muito alto (veremos detalhes mais adiante no curso). O poly serve como uma máscara para as implantações. 33

34 Fluxo de processo CMOS Genérico
Óxido espaçador nas laterais do poly e depois implante n+ e p+ que cria as áreas de dreno e fonte e também dopa o poly para que ele conduza. 34

35 Fluxo de processo CMOS Genérico
A última etapa é o silicide para reduzir a resistência de folha do poly e das regiões n+ e p+. 35

36 FEOL e BEOL As sequências feitas nos últimos slides são chamadas de FEOL (front-end of the line) As sequências feitas após isso (camadas de metais e vias) são chamadas de BEOL (back-end of the line)) 36

37 Etapas de processo damasceno
As sequências Trincheira Cobrir a trincheira com óxido Polir o substrato para que o topo seja plano É chamado de processo damasceno. Foi este o processo que apresentamos aqui. O processo damasceno é utilizado mais comumente nas camadas metálicas. Trincheiras são formadas nos isolantes, cobre é depositado e o topo do wafer é polido para ficar plano 37

38 MOSFET fabricação Este processamento do aplicativo é exatamente o mesmo que acabamos de mostrar? 38

39 Reforço Electric VLSI Sem o Electric não conseguiremos dar andamento ao curso. Momento de dúvidas, comentários e sugestões sobre o programa. 39