Microeletrônica no Brasil e nas
Universidades Brasileiras
Jacobus W. Swart
CCS e FEEC
UNICAMP
[email protected]
http://www.ccs.unicamp.br
GTII, Fórum de Competitividades, MCT, 06/06/02
Sumário
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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:
M
E
R
C
A
D
O
S
Mercados complementares:
• automatização total – uma nova revolução
• agricultura moderna
• itens para segurança
• eletrônica embarcada, muitos outros.
Portanto, tendência SoC 
Eletrônica = Microeletrônica.
Quem não produzir componentes, estará fora do
mercado 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’s
Componentes Optoeltrônicos
Circuitos Fotônicos
Sensores e Atuadores – MEMS
Componentes Micromecânicos – MEMS
Estruturas para biologia e medicina
Base para o desenvolvimento de nanotecnologia.
Exemplos:
MEMS e IMEMS
Carbon Nanotubes
A.P.L,
20/May/2002,
p.3817.
3. Brasil nos anos 70
1970
Intel
DRAM 1Kbit
1978
EPUSP
ROM 2Kbit
1970
Bell Labs
CCD – 1 metal
1981
EPUSP
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 de
dispositivos 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: 100nm
em produção e 15nm em pesquisa)
• gap tecnológico enorme, não instransponível
(os princípios são os mesmo, essencialmente
evolução).
• falta estímulo para aumento de atividades e
atração de pessoas (pesquisadores e alunos).
Centro de Componentes
Semicondutores
:
CCS-UNICAMP:
• Objetivos:
• Pesquisa e Desenvolvimento:
– CMOS
– MEMS
– Materiais e Etapas de Processos
• Ensino:
– Tecnologias de Microfabricação
• Serviços:
– Serviços de Microfabricação
Instalações:
5. Formação de RH em
Microeletrônica:
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.
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).
CCS/UNICAMP
MOS Technology
CCS/UNICAMP
Academic Test Chip
Containing:
MOS capacitors
MOS transistors
Diodes
Van der Pauw &
Kelvin structures
Flip-flop circuit
Bipolar transistors
Ring oscillators
MOS Transistors
Opening of contacts and
gate area of transistor
Transistor after completion
of the fabrication process
Students
Group of students in front of
thermal oxidation furnace
Student performing mask
alignment step
I-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, quebrar
barreiras 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
Engenheiros
Mestres
Doutores
Total
25
60
40
20
140
RH no Exterior
Téc Tec
nico nol
Canadá 40
França
Suíça
35
Eng.
Bel.
Mes. Dr.
Total
400
5000
200 35 710
950 250 6200
200
Singapura: 1200 profissionais – últimos 5 anos
3000 engenheiros – próximos 3 anos
(Pop. 3.2 mi, PIB 85 bi, 40 empresas, 12 foundries)
Bélgica – IMEC emprega 1200 profissionais, sendo
350 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 Pitch
L1 = 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 necessários
para 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 dupla
e) 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 roadmap
Será 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 (reduz
custo/die em 30 a 40%), preço
de 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: componentes
e equipamentos + exportação
Necessitamos formar muito mais RH
Necessitamos um grande centro de P&D e
de consórcios de P&D (centro, universidades,
empresas).