PCI – Projeto de Circuitos Integrados

Prof. Dr. João Antonio Martino

Prof. Dr. Victor Sonnenberg PROGRAMA:

1. Introdução à Microeletrônica, metodologias de projeto e Níveis de Projeto.

Dispositivos em circuitos integrados.

2. Transistor MOS (comportamento como chave) e portas lógicas básicas

CMOS.

3.Projeto do inversor CMOS: comportamento estático e dinâmico.

4.Processo de fabricação de transistores MOS com tecnologia CMOS.

5. Introdução ao simulador microwind.

6. Introdução ao simulador microwind.

7. Projeto e simulação do inversor CMOS (comportamento estático e

dinâmico) com o microwind.

8. Projeto e simulação do inversor CMOS (comportamento estático e

dinâmico) com o microwind

9. Prova P1 (ou projeto).

PROGRAMA (cont.):

10. Estudo do comportamento estático e dinâmico de Portas lógicas NE (NAND) e

NOU (NOR)

11. Projeto e simulação de porta lógica NE (NAND) e/ou NOU (NOR)

(comportamento estático e dinâmico) com o microwind.

12. Projeto e simulação de porta lógica NE (NAND) e/ou NOU (NOR)

(comportamento estático e dinâmico) com o microwind.

13. Estudo do comportamento dinâmico de outras funções lógicas e simplificação.

14. Projeto e simulação de funções lógicas (comportamento estático e dinâmico)

com o microwind.

15. Projeto e simulação de funções lógicas (comportamento estático e dinâmico)

com o microwind.

16. Projeto e simulação de funções lógicas (comportamento estático e dinâmico)

com o microwind.

17. Prova P2 (ou projeto).

18. Prova Substitutiva ou EXAME.

MÉDIA FINAL :

M=(0,4P1 + 0,6P2) . K

0 < K < 1,2 = fator dos relatórios =MR .0,12

MR = média dos relatórios.

Se M < 6,0 o aluno é reprovado com conceito C

Se 6,0 < M < 7,0 o aluno é aprovado com conceito B

Se 7,0 < M < 8,5 o aluno é aprovado com conceito A

Se M > 8,5 o aluno é aprovado com conceito E

Observação: Será realizada uma prova substitutiva para uma, e só uma, das

provas P1 ou P2. No caso de reprovação, com a realização das 2 provas,

a prova substitutiva vale como um exame onde a média final é a média

aritmética entre M e o exame.

BIBLIOGRAFIA:

Básica

1. WESTE, N.; ESHRAGHIAN, K. Principles of CMOS VLSI Design. Ed.

Addison Wesley, 1985

2. PIERRE, T.F. Robert. Field Effect Devices: Modular series on

Solid State Devices. 2. ed. Califórnia: Addison - Wesley Publishing

Company, 1990. 4 v.

3. MARTINO, João Antonio; PAVANELLO, Marcelo A. e VERDONCK,

Patrick B. Caracterização Elétrica de Tecnologia e Dispositivos

MOS. São Paulo: Ed. Pioneira Thomson Learning, 2003. 193 p.

Complementar

1. MARTINO, João Antonio. Um processo CMOS de Cavidade

Dupla para Comprimento de Porta de 2µm São Paulo, 1988. 147 f.

Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Escola Politécnica da

Universidade de São Paulo, São Paulo, 1988.

2. SEDRA, A. S.; SMITH, K. C. Microeletrônica. 4. ed. São Paulo:

Makron Books, 1998. 1270 p.

3. STREETMAN, B. G. Solid State Electronic Devices. 4. ed. New

Jersey : Prentice-Hall, 1995, 462 p.

4. TSIVIDIS, Y.P. Operation and Modeling of the MOS Transistor.

Mc Graw Hill, 1987.

MOTIVAÇÃO

•Explosão no uso da tecnologia da informação e

na comunicação sem fio (wireless)

•Telefones celulares, cameras digitais,

microcomputadores pessoais, sistemas de

entretenimentos…

Tudo Graças aos Circuitos Integrados…

Evolução da Eletrônica

Válvula Transistor Circuitos Integrados

1896 1947 1959

(Microeletrônica)

O que é um Circuito Integrado ? UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA POLITÉCNICA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRÔNICA

LABORATÓRIO DE SISTEMAS INTEGRÁVEIS

•Jack St Clair Kilby

(Universidade de Illinois, 1947)

•Texas Instruments em 1958

• U.S. Patent 3.138.743

(Submetida em 1959) em

“Miniaturized Electronic

Circuits”

•Projetou a primeira calculadora

eletrônica portátil (4 operações)

•Prêmio Nobel em 2000

Primeiro Circuito Integrado – 1959 (Ano 0)

•Jack St Clair Kilby

•Texas Instruments

• U.S. Patent 3.138.743

(Submetida em 1959) em

“Miniaturized Electronic

Circuits”

•Prémio Nobel em 2000

Primeiro Circuito Integrado – 1959 (Ano 0)

Oscilador de Deslocamento de Fase

Microeletrônica • Estuda Técnicas de projeto fabricação e testes de Circuitos

Integrados

– Possibilidades para construção de um circuito eletrônico:

• Utilizando CI’s de prateleira

(7400, 4000, 8086, Z80, 68000.....)

• C. I. de aplicação específica

(Muito utilizado atualmente pelas empresas de médio e

grande porte em todo ou parte de determinados

equipamentos eletrônicos de grande volume de produção)

• Vantagens em se utilizar um C. I. de aplicação específica:

– Menor área ocupada

– Menor custo

– Maior facilidade de manutenção

– Proteção contra propriedade industrial (não pode ser

copiado)

Tradicionalmente, o número de componentes em uma pastilha de

Si tem dobrado a cada 2 anos (Lei de Moore)

fonte Intel

Evolução do Custo Médio por Transistor

em um Circuito Integrado

Fonte : Intel

Menores dimensões

Tecnológicas [m]

Fio de cabelo: 100 m

Ameba: 15 m

Glóbulo vermelho: 7 m

Vírus da AIDS: 0,1 m

Exemplos

Fonte : Intel

Intel 8008 (1972)

200 KHz

3.300 transistores

13 mm2

Intel Pentium 4 (2002)

2,2 GHz

42.000.000 transistores

146 mm2

30 anos

X 12.000

Dobra a cada 2 anos LEI DE MOORE

Um Exemplo da Revolução da Microeletrônica

1Mb 4Mb 16Mb 64Mb 256Mb 1Gb 4Gb

Ano 1987 1990 1993 1996 1998 2001 2004

L (m) 1,0 0,7 0,5 0,35 0,25 0,18 0,13

Máscaras 11 14 18 21 21 23 23

Porta xox (nm) 20 15 12 10 7 5-4 5-4

Etapas 200 300 400 500 550 600 600

Junção xj (m) 0,25 0,2 0,15 0,1 0,07 0,05 0,03

lâmina (mm) 125 150 150 200 200/300 300 300

Evolução dos Parâmetros de Fabricação de Memórias DRAM

N+ N+

P

xox

xj

L

Metodologias de Projetos de Circuitos

Integrados Digitais de Aplicação Específica

ASIC - Application Specific Integrated Circuit

Circuitos Integrados de Aplicação Específica (Dedicados)

Circuitos

Dedicados

Totalmente personalizados (Full Custom)

Semi personalizados

Células Padrão

(Standard Cell)

Matriz de Portas

(Gate Array)

Projeto de C. I. Dedicados

Totalmente Personalizados (FULL CUSTOM)

Técnica “Top-Down”

Hierarquicamente estruturado

VDD

Fabricação: Todos os passos (Completa)

Vantagens: Comportamento estático e dinâmico

muito bom

Mínima área

Desvantagens: Custo Elevado

Tempo de projeto elevado

Semi Personalizados

C. I. já difundido, só falta a camada de interconexão

Pode ter uma ou duas camadas de interconexão

Cada célula contém transistores isolados (CMOS)

Projeto

Lógico Ferramentas de C.A.D

Biblioteca de

Células

Lay-out

Metodologia de Projeto com Arranjo de Portas (Gate Array)

CHIP Vantagens: Menor número de máscaras

Baixo custo

Realização rápida

Desvantagens:

Muitas interconexões

Baixa utilização da superfície

Otimização impossível

Metodologia Usando Células Padrão (Standard Cell)

• Biblioteca de subsistemas digitais

• Projeto baseado em equações lógicas

Regist.

Contador

ULA

CHIP

Os blocos Registrador, Contador

e ULA tem suas características

bastante conhecidas, bastando

apenas interliga-los e projetar o

que não existe na biblioteca

Vantagens: Projetista não necessita de

muito conhecimento de C. I.

Basta saber o projeto lógico

Desvantagens:

Área total não otimizada

Potência e tempo de atraso não

são bons

Comparação entre as metodologias de projeto de C. I. - VLSI

Complexidade

Funcional

Células

Padrão

Totalmente

Personalizado

Arranjo de

Portas STANDARD CELL

FULL CUSTOM

GATE ARRAY

Regularidade Custo

Relativo

Prateleira

Arranjo de Portas

Célula Padrão

Tot. Personalizado

Volume de Produção

Níveis de Projeto

• Nível Funcional:

– Divisão do circuito a ser projetado em “caixas pretas”, cada uma com uma

função específica.

Ex: Registrador, Somador, Contador....

• Nível Lógico:

– Detalhamento de cada uma das “caixas pretas” em blocos lógicos (portas

lógicas).

Ex: Portas NAND, NOR, Inversores....

• Nível de Transistores:

– Interligação dos componentes (transistores) para a implementação das

portas lógicas, bem como definição das dimensões geométricas destes

transistores.

Ex: Transistores nMOS de W=10m e L=5m

• Nível de Layout:

– Layout final do circuito de acordo com as regras de projeto fornecidas e

com as dimensões preestabelecidas pelo nível 3.

Ex: Ver layout posteriormente

Dispositivos em Circuitos Integrados

• Resistores

N

P

SiO2

L

W

Al

X

Planta:

Perfil:

WX

LR

Normalmente a relação

(Resistência de Folha - RF)

da tecnologia é fornecida.

X

Exemplo:

30X

RF , projetar R=90

90W

L30R L=3 W

Adotando W=20 m

L= 60 m

Existe também o resistor P+ feito sobre substrato N (inverso)

Resistores (USP)

Resistores projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP

Dissertação de Mestrado – João Antonio Martino (1984)

• Capacitores

P

Si-poli/metal

Al

Condutor

ox

ox

x

A C

óxido

óxido

Capacitância (C) Constante: adotada quando se deseja fabricar um

capacitor em CI

Onde: ox - Permissividade do dielétrico (normalmente SiO2)

xox - Espessura do dielétrico (normalmente SiO2)

A - área do capacitor

xox V

Capacitância (C) Variável com a tensão aplicada

Dois tipos

Capacitância reversa de junção

Capacitor MOS

Capacitância Reversa de Junção

P

N

V Depleção 22/1

12 mpF/ 7,0V

N10x3Cj

N - Dopagem do Substrato

V - Tensão Reversa

Capacitor MOS

P

SiO2

Al

xox

Metal

Oxido

Semicondutor

V

Largamente utilizado para a obtenção de características elétricas e

físicas do processo de fabricação de circuitos integrados.

Capacitores (USP)

Capacitor projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP

Dissertação de Mestrado – João Antonio Martino (1984)

• Diodos

P

N

N

P

• Transistor Bipolar

• Transistor JFET

B

E

C

S

D

G

P

P N

B E C

N+

P

N

S

G1

D

G2

P

• Transistor MOS - Canal N (nMOS)

Metal

N+ N+

P

Porta

(Gate)

Dreno

(Drain)

Fonte

(Source)

Substrato

(Bulk)

Óxido

S

D

G B

S

D

G

• Transistor MOS - Canal P (pMOS)

P+ P+

N

Porta

Dreno Fonte

Substrato S

D

G B

S

D

G

Transistor – NMOSFET (USP)

Transistor projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP

Dissertação de Mestrado – João Antonio Martino (1984)

Porta

(G)

Dreno

(D) Fonte

(S)

Alumínio

Desenhe o perfil do Circuito Integrado abaixo

Tecnologia de Fabricação de Circuitos

Integrados

- TTL LS DECLÍNIO

SCHOTTKY

• BIPOLAR - ECL MAIS VELOZ

- I2L LSI , VLSI

- PMOS: 1a TECNOLOGIA MOS, MEMÓRIAS,

CALCULADORAS

• MOS - NMOS: LSI

- CMOS: SSI, MSI, VLSI

Densidade de Integração:

Número de transistores:

SSI = pequena escala: N 100

MSI = média escala: 100 N 1.000

LSI = grande escala: 1.000 N 100.000

VLSI = muito grande: 100.000 N 1.000.000

ULSI = altíssima: N 1.000.000

Tecnologia CMOS

• Composta pela associação de transistores nMOS

pMOS

• Alta imunidade à ruído

• Baixa potência dissipada

•Mais importante tecnologia da atualidade, pois permite o projeto de

Circuitos Integrados Digitais em escala muito ampla

VLSI

TRANSISTORES MOS

• MOS canal N TIPO ENRIQUECIMENTO*

TIPO DEPLEÇÃO

• MOS canal P TIPO ENRIQUECIMENTO*

TIPO DEPLEÇÃO

1. TRANSISTOR MOS CANAL N ( nMOS ) TIPO

ENRIQUECIMENTO

DRENOFONTE

SUBSTRATO

PORTA

N+ N+

P

Porta

(Gate) Dreno

(Drain)

Fonte

(Source)

Substrato

(Bulk)

• Normalmente o substrato é aterrado

• Funcionamento como uma chave:

- Para G= 5V ( “1” )

( CHAVE FECHADA )

- Para G= 0V ( “0” )

( CHAVE ABERTA )

•Característica:

-Transmite bem o “0” :

-NÃO transmite bem o “1” :

S D

G=1

S G=0

D

5V 4V

I

0V 0V

I

2. TRANSISTOR MOS CANAL P ( pMOS ) TIPO

ENRIQUECIMENTO

DRENOFONTE

SUBSTRATO

PORTA

P+ P+

N

Porta

(Gate) Dreno

(Drain)

Fonte

(Source)

Substrato

(Bulk)

• Normalmente o substrato é ligado a “VDD”

• Funcionamento como uma chave:

- Para G= 5V ( “1” )

( CHAVE ABERTA )

- Para G= 0V ( “0” )

( CHAVE FECHADA )

•Característica:

-Transmite bem o “1” :

-NÃO transmite bem o “0” :

S D

G=1

S G=0

D

5V 5V

I

0V 1V

I

CHAVE CMOS

INVERSOR CMOS

G

G

S D

I

I

5V 5V

0V

VDD VDD VDD

E S E S

E=0 E=1

S=0 S=1

PORTAS LÓGICAS BÁSICAS

B

A

S

VDD

B

A

VDD

S

A B S

0

0

0

0

1

1

1 1

A B S

0

0

0

0

1

1

1 1

PORTA LÓGICA “AND”

PORTA LÓGICA “OR”

Exercícios:

Preencha o Mapa de Karnaugh das funções abaixo: VDD

A B

C

A

B C

F

A

A

B

B

C

C

D

D

VDD

G

AB

C 00 10 11

1

01

0

AB

CD 00 10 11

01

01

00

10

11

F=____________________ G=____________________

Transistor MOS - Comportamento Elétrico

• Transistor nMOS

N+ N+

P

Porta

Dreno Fonte

Substrato

VDS=cte

IDS

VGS VTn1 V

VDS

IDS Região

Triodo

Região de

Saturação

VGS1

VGS2

VGS2>VGS1

(Tensão de Limiar)

S

D

G VDS

VGS

IDS

S

D

G

VDS

VGS

IDS

Transistor NMOSFET

(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect

Transistor, canal N, tipo Enriquecimento)

N+

Metal

(condutor) Óxido de porta

(isolante)

L

W

Fonte Dreno

xox Porta

VDS

VGS

P

Substrato

(ou Corpo)

IDS

N+

Transistor - NMOSFET

Transistor projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP

Dissertação de Mestrado – João Antonio Martino (1984)

Porta

(G)

Dreno

(D) Fonte

(S)

Alumínio

Equações de IDS=f(VGS, VDS) de 1a Ordem

• Região de Corte: VGS VTn ou VGS-VTn 0

IDS=0

• Região Triodo: 0< VDS VGS-VTn

2

VVVVI

2DS

DSTnGSnDS

• Região de Saturação: 0< VGS-VTn VDS

2

VVI

2TnGS

nDS

onde

L

W

xox

oxnn

Fator de Ganho

L

W

xox

oxnn

Fator de ganho

Dependentes

do Processo porta de óxido do Espessura x

óxido do dadePermissivi

elétrons dos Mobilidade

ox

ox

n

Dependentes

da Geometria

(lay-out)

W Largura de canal

L Comprimento de canal

• Transistor pMOS

-VDS=cte

-IDS

-VGS VTp-1 V

-VDS

-IDS Região

Triodo

Região de

Saturação

-VGS1

-VGS2

(Tensão de Limiar)

P+ P+

N

Porta

Dreno Fonte

Substrato

S

D

G VDS

VGS

IDS

• Região de Corte: VGS VTp ou VGS-VTp 0

IDS=0

• Região Triodo: VGS-VTp VDS < 0

2

VVVVI

2DS

DSTpGSpDS

• Região de Saturação: VDS VGS-VTp < 0

2

VVI

2

TpGS

pDS

L

W

xox

oxp

p

Fator de ganho

lacunas das Mobilidade p

2

np

Tensão de Limiar do Transistor canal P

VTp-1 V Normalmente simétrico com relação a VTn

|VTp| = VTn

Geometrias

n

n

p

p

L

W

L

WNormalmente para compensar o fato de p< n

e assim podemos ter p= n

Inversor CMOS - Comportamento Elétrico

G

G

S

S

D

D

VDD

VE VS

IDS

ISD=-IDS

Transistor canal p

•VGS=VE-VDD

•VDS=VS-VDD

•IDS=-ISD

Transistor canal n

•VGS=VE

•VDS=VS

IDSn=-IDSp

Inversor CMOS

GG

SSSS

D DVDD

VE

VS

Si P

Si N

N+ N+ N+ P+P+P+

SiO2

Metal Si-poli

VDD Terra Saída

Inversor CMOS (USP)

Inversor CMOS projetado e fabricado na Escola Politécnica da USP

Tese de Doutorado – João Antonio Martino (1988)

Curva Característica de Transferência

IDSn=-IDSp VS

V

E

VDD

VTn VINV VDD-|VTp| VDD

A

B

C

D E

0,7VDD

0,3VDD

VDD/2

VS

V

E

VDD

VTn VINV VDD-|VTp| VDD

A B

C

D E

0,7VDD

0,3VDD

VDD/2

1 2 3

4

5

6 7 8

Regiões Operacionais

A - nMOS corte

pMOS triodo

B - nMOS saturação

pMOS triodo

C - nMOS saturação

pMOS saturação

D - nMOS triodo

pMOS saturação

E - nMOS triodo

pMOS corte

Influência da Relação n/ p na Curva Característica

de Transferência

p

n

p

nTnTpDD

INV

1

VVV

V

VS

VE

VDD

VDD

1/16 1 16

n/ p

p

p

p

n

nn

p

p

ox

oxp

n

n

ox

oxn

p

n

L

W

L

W

L

W

x

L

W

x

VDD/2

2,5

3,4 1,6

Margens de Ruído

VS

V

E

VDD

VINV VDD

MRH

MRL

VIL VIH

1dV

dV

E

S

Margem de ruído em nível alto:

DDINVDDIHDDIHOHH V1,0VVVVVVMR

INVDDH VV9,0MR

Margem de ruído em nível baixo:

DDINVILOLILL V1,0V0VVVMR

DDINVL V1,0VMR

A aproximação acima é válida para 2VVINV 3V (maioria das

aplicações) e garante erro inferior a 10% nesta faixa

Exemplo: POLISILÍCIO

L=100m e W=5 m

Comportamento Dinâmico

1. Resistências L

X W

W

L.RR R

X :onde

W.X

LR

FOLHAFOLHA

Material RFOLHA [ ]

Alumínio 0,05

Silicetos 2

N+ 20

P+ 50

Polisilício 30

600

5

100.30R

POLI

L= 100m

W= 5m

2.Capacitâncias

D

B G

S

A.x

CC

CCCC

ox

oxóxidoG

GBGDGSG

• CAPACITÂNCIA MOS

CGB

CGS

CGD CDB

CSB

onde:

CDB …… CJ Dreno

CSB …… CJ Fonte

• CAPACITÂNCIA DE JUNÇÃO (CJ)

N N P

N N

Perfil:

Planta:

CJP (periférico)

CJA (área)

a

b

CJ = CJA.( a.b ) + CJP.( 2a + 2b )

Capacitância total

associada à porta

CJ = CJA.( área ) + CJP.( perímetro )

Tempos de Atraso, Subida e Descida de um

Inversor CMOS

VDD

VE VS CL

VE

VS

t

t

VDD

VDD 90%

10%

tr tf

50%

tpHL tpLH

• tpLH ..tempo entre o sinal na entrada atingir 50% (descendente) e o

sinal na saída também 50% no sentido ascendente.

•tpHL ..tempo entre o sinal na entrada atingir 50% (ascendente) e o sinal

na saída também 50% no sentido descendente.

• td … média dos tempos de propagação do sinal lógico;

• tr …. tempo do sinal na saída subir de 10% a 90% do seu total.

• tf ….tempo do sinal na saída descer de 90% a 10% do total.

2

ttp r

LH 2

ttp f

HL 2

tptpt HLLH

d

4

ttt fr

d

DDP

Lr

.Vβ

C4. t

DDN

Lf

.Vβ

C4. t

Exercício 1 Projete um circuito inversor que tenha margem de ruído em nível

alto de 2,5V e tempo de atraso de 1ns.

Dados:

VDD = 5V ;VTN = 1V ; VTP = -1V ; N = 400 [ cm2/V.s] ;

P = 200 [ cm2/V.s] ; xox = 40nm ; ox= 40x10-14 [F/cm] ; LN = LP ;

Dimensão mínima= 1 m ; CL=4pF

Exercício 2 Projete um circuito inversor que tenha margem de ruído em nível

alto de 2,5V e tempo de subida de 4ns.

Dados:

VDD = 5V ;VTN = 1V ; VTP = -1V ; N = 400 [ cm2/V.s] ;

P = 200 [ cm2/V.s] ; xox = 40nm ; ox= 40x10-14 [F/cm] ; LN = LP ;

Dimensão mínima= 1 m ; CL=1pF

Inversor Lógico Digital CMOS

Vin

Vout

VDD GND

V DD

Vin

V DD

Vout

PMOSFET

NMOSFET

280 m

420 m

Si - P

Si - N

N+ N+ N+ P+ P+ P+

Vout VDD GND

Metal

SiO2

(Isolante)

Si-Poli

Vin

Processo de Fabricação de Circuitos Integrados

Principais Etapas de Processo:

Oxidação Térmica

Deposição de óxido de silício

Fotogravação

Corrosão Química

Difusão de Impurezas

Implantação Iônica

Sala Limpa (“Cleanroom”)

Oxidação Térmica:

Objetivo: Obtenção de óxido de silício (SiO2) sobre o silício

Si p

Oxidação Térmica

• Tempo

• Temperatura

• Ambiente

Si p

SiO2

2

C900T

2 SiOOSio

Lâmina

Funções Principais

• Mascaramento contra impurezas

• Dielétrico de porta

Deposição de Óxido de Silício: (C.V.D.)

Objetivo: Obtenção de óxido de silício (SiO2) sobre o silício

ou outra superfície qualquer

Si p

Deposição de SiO2

• Tempo

• Temperatura

• Fluxo de Gases

Si p

SiO2

22

C500

24 H2SiOOSiHo

Lâmina

Função Principal

• Mascaramento contra impurezas

Abertura de Janelas : Fotogravação e Corrosão Química

Objetivo: processo pelo qual retiramos o óxido de silício,

silício policristalino ou alumínio de certas regiões,

determinadas pela fotomáscara

Abertura de

Janelas

• fotomáscara

Funções Principais

• No SiO2: posterior difusão localizada;

• No alumínio ou silício policristalino: definição das vias de

interconexão.

Si p Si p

1 - Obtenção da Fotomáscara

Sucessivas reduções

Campo claro

Campo escuro

2 - Aplicação de Fotorresiste na

lâmina

3 - Exposição à luz ultravioleta

4 - Revelação

5 - Corrosão química

6 - Remoção do Fotorresiste

Si p

Luz Ultravioleta

Fotomáscara

Fotorresiste

SiO2

Si p

SiO2

Si p

Si p

Difusão de Impurezas:

Objetivo: introduzir na rede cristalina do Si impurezas

doadoras (fósforo, arsênio…) ou aceitadoras (boro…)

Difusão

• Tempo

• Temperatura

• Tipo de dopante

Função Principal

• criação de uma região com características doadora ou aceitadora

Si p

Si n

SiO2

Si p

Concentração

profundidade

Superfície da lâmina

Implantação Iônica:

Objetivo: introduzir na rede cristalina do Si impurezas

doadoras ou aceitadoras por impacto

Implantação Iônica

• Dose

• Energia

• Tipo de dopante

Função Principal

• criação de uma região com características doadora ou aceitadora

Si p

Si n

SiO2

Si p

Concentração

profundidade

Superfície da lâmina

Perfil de dopantes após o

recozimento térmico

Processo de Fabricação de Circuitos Integrados CMOS

Tecnologia CMOS cavidade N de 1,2 m (Foundry ES2)

Lâmina de silício tipo p <100> 1 - Oxidação térmica

2 - Fotogravação e corrosão do SiO2

Máscara (NWELL) - Definição das regiões que serão cavidades tipo N

Si p

Si n

SiO2

1a máscara

I/I de Fósforo

3 - Implantação Iônica de Fósforo

7 - Oxidação térmica de porta

6 - Fotogravação e Corrosão do SiO2

Máscaras (N+Diffusion e P+Diffusion)- Definição das regiões de difusão tipo N e P

Si p

Si n

SiO2

Máscara

NW

4 - Remoção total do SiO2

Máscara DN

Máscara DP

5 - Deposição de SiO2

8 - Deposição de silício policristalino dopado

9 - Fotogravação e Corrosão do Silício policristalino

Máscara (Polysilicon)- Definição do silício policristalino

Si p

Si n

SiO2

Máscara

NW

Máscara DN

Máscara DP

Máscara PO

Si-poli

11 - Implantação Iônica de Boro

10 - Fotogravação do Fotorresiste

Máscara (P+Diffusion)- Definição das regiões P+

12 - Remoção do Fotorresiste

Si p

Si n

SiO2

Máscara

NW

Máscara DN

Máscara DP

Máscara PO

Fotorresiste

Transistor pMOS e

contato com substrato

P+ P+ P+

14 - Implantação Iônica de Fósforo

15 - Remoção do Fotorresiste

Si p

Si n

SiO2

Máscara

NW

Máscara DN

Máscara DP

Máscara PO

13 - Fotogravação do Fotorresiste

Máscara (N+Diffusion)- Definição das regiões N+

N+ N+ N+ P+ P+ P+

Transistor nMOS e

contato com cavidade

Fotorresiste

17 - Fotogravação e Corrosão do SiO2

Máscara (Contact) - Definição de contatos

18 - Deposição de Metal - Alumínio

16 - Deposição de SiO2

Si p

Si n

SiO2

Máscara

NW

Máscara DN

Máscara DP

Máscara PO

N+ N+ N+ P+ P+ P+

Máscara CO

Si p

Si n

SiO2

Máscara

NW

Máscara DN

Máscara DP

Máscara PO

N+ N+ N+ P+ P+ P+

19 - Fotogravação e Corrosão do Alumínio

Máscara (Metal ) - Definição do Alumínio

Máscara ME

Alumínio