Microeletrônica
Germano Maioli Penello
http://www.lee.eng.uerj.br/~germano/Microeletronica%20_%202015-1.html
Sala 5145 (sala 17 do laboratorio de engenharia elétrica)
Aula 10
1
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.
2
Novas camadas
As camadas ativa, n-select, p-select, poly são usadas para criar o canal-n e
o canal-p dos MOSFETs e assim a camada de metal pode fazer um contato
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.
3
MOSFET fabricação
http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/NMOS/nmos.html
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).
5
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?).
6
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?
7
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?).
8
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?).
9
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.
10
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.
11
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.
12
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.
13
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.
14
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)
15
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).
16
Bloco de silicide
Resistências da tabela do slide anterior (com e sem Silicide):
17
Bloco de silicide
Resistências da tabela do slide anterior (com e sem Silicide):
ns
ps
18
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.
19
Fluxo de processo CMOS
Genérico
A área não protegida é corroída e forma trincheiras rasas.
20
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)
21
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.
22
Fluxo de processo CMOS
Genérico
Polisilício já depositado e o padrão já definido (porta do MOSFET) em cima
do óxido de porta.
23
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.
24
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.
25
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+.
26
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))
27
Etapas de processo damasceno
As sequências
1) Trincheira
2) Cobrir a trincheira com óxido
3) 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
28
MOSFET fabricação
Este processamento do aplicativo é exatamente o
mesmo que acabamos de mostrar?
http://jas.eng.buffalo.edu/education/fab/NMOS/nmos.html