Universidade Federal do ABC

EEL105 - Processos de Fabricação de

Dispositivos Microeletrônicos

Professoras: Dra. Denise C.P. de Souza

(denise.criado@ufabc.edu.br)

Aula 1a – Apresentação

Evolução da Microeletrônica

Ementa

Parte 1

• Teoria de Semicondutores/Diodos / Capacitores MOS

• Transistores Bipolar/ MOS/SOI • Principais etapas de fabricação de circuitos integrados

• Processos de limpeza de substratos e obtenção de lâminas de Si.

Parte 2

• Oxidação térmica.

• Deposição de filmes finos em fase gasosa. Processos

litográficos. • Dopagens por difusão térmica e por implantação iônica.

• Processos de corrosão úmida e seca

Cronograma

Data Conteúdo

21/09 Introdução a Microeletrônica

28/09 Estrutura da matéria/Semicondutores/Diodos

05/10 Transistores/Obtenção da lâmina de Si

12/10 Feriado

19/10 Visita ao LME-USP

26/10 Seminário 1

02/11 Feriado

09/11 Oxidação

16/11 Deposição de Filmes Finos

23/11 Litografia

30/11 Dopagem e MEMS

07/12 Seminário 2

Avaliação

• Lista de exercícios, pesquisa bibliográfica, seminários.

• Será atribuído um conceito a cada atividade.

• Media final - Conceito Final

Bibliografia

[1]- Madou, M. J.:Fundamentals of microfabrication, CRC press - Florida, 2002. [2]- Gardner, J. W.; VARADAN, V. K.; AWADELKARIM, O. O.: Microsensors MEMS and smart devices. John Wiley & Sons - New York, 2001. [3]- Sze, S. M.; Semiconductor sensors, John Wiley & Sons - New York, 1994. [4]- Ristic, L.; Sensor technology and devices, Artech House - Boston, 1994. [5]- Plummer, J. D.; Deal, M. D.; Griffin, P. B.: Silicon VLSI Technology ? Fundamentals, Practice and Modeling, Prentice Hall, 2000. [6]- Chang, C.Y.; Sze, S. M.: ULSI Technology, McGrawHill ,1996. [5]- Sessler, G. M.: Electrets, 2nd edition, Springer-Verlag, New York, 1987. [6]- O?Dwyer, J. J.: The Theory of Electrical Conduction and Breakdown in Solids, Clarendon, Oxford, 1973. [7]- Kuffel, E.; Zaengl, W. S.: High Voltage Engineering, Pergamon Press, Oxford,1984

Site da disciplina

https://sites.google.com/site/pfdmicro/

MICROELETRÔNICA

Evolução da Microeletrônica

Longa história em um curto intervalo de tempo

• Idade do CI é de 1959.

• Rápida evolução da tecnologia

• Maior mercado mundial – valor total anual de 1 trilhão

de dólares (maior que automobilistica e petróleo)

• Tecnologia de microfabricação nanofabricação

Dispositivos e circuitos integrados eletrônicos

Dispositivos e circuitos integrados optoeletrônicos

Estruturas e circuitos fotônicos

Dispositivos tipo microssensores e microatuadores Estruturas e dispositivos de micromecânica

Estruturas para biologia.

Fabricação e montagem de placas de circuitos impressos

Evolução da Microeletrônica

História

1874 – F. Braun - Retificador de estado sólido, feito com cristal de PbS

Início do século 20, fundamental para o desenvolvimento da microeletrônica.

Evolução da física – mecânica quântica

Bohr, Broglie, Heisenberg, Schrodinger, ...

1928 – Lilienfeld – patenteou a ideia de modular a condutividade de um

semicondutor a partir de um campo elétrico – dispositivo de efeito de campo.

Sem sucesso ao colocar sua ideia em prática

Evolução da Microeletrônica

Mecânica quântica - aplica em sólidos

Conceitos de bandas de energia, banda proibida,

mecânica estatística, portadores, etc.

1936 – Bell Labs – cria um grupo de pesquisa de forma fabricar um

transistor de efeito de campo.

1940 – R. Ohi – identifica pela primeira vez semicondutores de Si do tipo p e

tipo n. J. Scaff e H. Theurer – condutividade do Si esta relacionado as impurezas.

Pesquisa é suspensa durante a II Guerra Mundial

Evolução da Microeletrônica

Em meados dos anos 40:

· Válvulas termiônicas: muito frágeis, caras e alto consumo de potência.

· Relés elétro-mecânicos: comutação muito lenta.

Limitações destes dispositivos motivaram o reinício

da pesquisa (Shockley) e desenvolvimento de novos

dispositivos de estado sólido.

1947 – Bardeen e Brattain – descobrem por acaso o efeito transistor bipolar.

Teoria desenvolvida por Shockley.

Evolução da Microeletrônica

Shockley, Brattain e Bardeen (1947): transistor bipolar;

• Base de Ge tipo n

• Duas junções de contato tipo

p na superfície

Evolução da Microeletrônica

1952 – I.Ross e G. Dacey – demonstram primeiro transistor JFET

Sony foi a primeira a fabricar um rádio totalmente transistorizado

1955 – Shockley deixa a Bell Labs e funda sua própria empresa Shockley semiconductor – Vale do Silício.

Gordon Moore, Robert Noyce e Andrew Grove Fairchild (1957)

Intel (1968)

Evolução da Microeletrônica

Havendo domínio de alguns processos de fabricação de transistores,

surge o primeiro circuito integrado (CI)

Kilby – Texas Instruments (1958): circuito fabricado sobre um único bloco de Si, contendo um transistor, um capacitor e um resistor;

Evolução da Microeletrônica

Enquanto isso……..

Farchild – J. Hoerni- Desenvolve o processo planar.

Fundamental para o progresso da Microeletrônica

Princípio básico vem sendo usado até hoje na fabricação dos modernos CIs.

•C. Fuller (1952): difusão de dopantes em Si;

•Frosch e Derick (1955): camadas de SiO2 para delimitar áreas de difusão;

•Andrus e Bond (1955): materiais tipo fotorresiste para a litografia e gravação de padrões em filmes de SiO2;

•D. Kahng e M. Atalla (1960), demonstram o transistor MOS;

Evolução da Microeletrônica

Fairchild (1961): primeiro circuito integrado construído com tecnologia planar;

1962 – Início da comercialização dos CIs.

Evolução da Microeletrônica

F. Wandlass (1963) – propõe a tecnologia CMOS

1966 – Uso de filme policristalino dopado como material de porta

Uso da técnica de implantação iônica para ajuste de tensão de limiar dos dispositivos.

Evolução da Microeletrônica

A Survei of Semiconductor Devices”, IEEE Trans. Electr. Dev., vol.43, no. 10, p.1760, Oct. 1996)

Evolução da Microeletrônica

Parte da árvore de dispositivos semicondutores

Evolução da Microeletrônica

Evolução da Microeletrônica

Componentes por chip

Lei de Moore – número de dispositivos por chip dobra a cada 18 meses.

Evolução da Microeletrônica

Lei de Moore

Evolução da Microeletrônica

Lei de Moore

http://adrenaline.uol.com.br/2015/04/20/33973/lei-de-moore-completa-50-anos-veja-infograficos-sobre-a-principal-profecia-do-mundo-da-tecnologia

Evolução da Microeletrônica

Lei de Moore

http://adrenaline.uol.com.br/2015/04/20/33973/lei-de-moore-completa-50-anos-veja-infograficos-sobre-a-principal-profecia-do-mundo-da-tecnologia

Evolução da Microeletrônica

A evolução da microeletrônica implica:

Maior densidade de integração

Maior número de chips por lâmina

Aumento do rendimento

Redução de Custos

Maior velocidade de operação

Menores capacitâncias – menores tempos de chaveamento

Melhora de desempenho do CI

Evolução da Microeletrônica

A evolução da microeletrônica implica:

Menor consumo de potência

Menores capacitâncias, menor tensão de alimentação

Menor número de chips por sistema

Por serem mais complexos, mais funções integradas, tem-se um maior número de funções em um único chip.

Aumento de confiabilidade do sistema, redução do seu tamanho e de custo de produção do mesmo.

Evolução da Microeletrônica

Dados Semiconductor Industry Association

Atividade 1

Pesquisar e escrever um texto sobre:

História da Microeletrônica no Brasil

A importância de desenvolver Microeletrônica no Brasil

Texto com no máximo 5 páginas.

Bibliografia

1. Apostila disciplina Processos de Microfabricação: Laboratório, do CCS-FEEC, Unicamp, Professor Jacobus W. Swart, Cap. 1.

2. Aula 1 - Professor Michel Dantas, UFABC, disciplina Projetos de Microdispositivos para Instrumentação.

3. Aula 1- Professora Kátia Torres, UFABC, disciplina EEL 105 – Processos de Fabricação de Microdispositivos