Slide 4 Processo de fabricação

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S L I D E 4
D R N I E L S E N C A S T E L O D A M A S C E N O
Concepção de circuitos 
integrados
Processo de fabricação
y Para se construir um dispositivo CMOS é 
necessária a realização de etapas de processamento 
da matéria prima que constitui tal dispositivo, o 
silício.
y O silício puro para fabricação de dispositivos 
eletrônicos é obtido do dióxido de Silício SiO2 com 
pureza de 99,5% e é industrialmente distribuído 
em forma de laminas circulares denominadas 
wafers.
Processo de fabricação
¾Extraído da areia, granito e argila.
¾Encontrado em abundancia no Vale do Silício 
(Califórnia - EUA), onde estão as sedes da 
AMD,Intel, NVIDIA e outras.
Processo de fabricação
y Através de processos envolvendo carbono, o silício puro sob 
forma policristalina é obtido do dióxido de silício. Este 
policristal é derretido em um cadinho junto com o dopante 
(P ou N) onde será fabricado o wafer.
Barra de silícioPROCESSO DE CZOCHRALSKI
Processo de fabricação
Processo de fabricação
Processo de fabricação
Sala Limpa:
• Necessita-se de um grau de 
pureza.
• São classificadas de acordo 
com a pureza do ar.
• Exige um alto grau de pureza 
já que qualquer partícula 
pode danificar o 
funcionamento do chip.
Oxidação
y A oxidação consiste na criação de uma fina camada 
de dióxido de silício SiO2 (aprox. 1µm) na superfície 
do wafer com o objetivo de servir como isolante 
elétrico.
y Dois métodos mais comum
{ Oxidação molhada: o wafer é aquecido entre 900 e 1000 ºC
em um ambiente de vapor de água.
{ Oxidação seca: Na oxidação seca o óxido é formado 
aquecendo-se o wafer a 1200ºC na presença de oxigênio puro.
Corrosão
y Consistem em retirar certas partes do silício 
delimitadas por alguma mascara para que se retire 
apenas as partes desejadas.
y Corrosão líquida: ácidos como o ácido fluorídrico são 
aplicados na superfície do material e as partes 
desprotegidas são corroidas. A profundidade da área 
corroída é aproximadamente 1µm neste tipo de 
corrosão e áreas próximas as bordas das mascaras 
também são corroídas, o que é uma desvantagem 
desse método.
Corrosão e deposição
y Corrosão por plasma: Neste tipo de corrosão um gás 
inerte como o CF4 é submetido a um campo elétrico 
muito intenso formando o que chamamos de plasma.
y Deposição: é o processo onde um material qualquer 
é depositado sob forma de uma fina camada (da 
ordem de µm’s) na superfície da lâmina, pode-se dar 
por epitaxia, vaporização química, evaporação ou 
borrifamento.
Epitaxia
y É o crescimento de cristais de algum material na 
superfície normalmente através de processos que 
podem ser:
y Epitaxia em fase de vapor (VPE): Neste tipo de 
epitaxia o material a ser composto faz parte de um 
gás (no caso do silício por exemplo o SiH4). 
y Quando aquecida e exposta a esse gás, a lâmina 
recebe a deposição do material e gera como sub 
produto um outro gás. 
y Neste processo podemos ter o crescimento do filme 
de material depositante da ordem de 1µm/minuto.
Epitaxia
y Epitaxia por feixe de moléculas (MBE)
y Aqui o material depositante é aquecido em 
recipientes com aberturas direcionadas para a 
lâmina em ambiente de alto vácuo. 
y Desta forma, controlando-se a temperatura de 
aquecimento pode-se controlar a velocidade de 
deposição do material de maneira bastante precisa.
y Esta técnica é capaz de depositar material em 
camadas extremamente finas (da ordem de 1nm).
Deposição química de vapor (CVD)
y É um processo semelhante a epitaxia, porem pode-se 
depositar praticamente qualquer material sobre a 
lâmina, porem fazendo-se com que não se tenha a 
orientação do material depositante.
y Evaporação: É o processo no qual metais de baixo 
ponto de fusão são depositados na lâmina. Por 
exemplo em uma câmara de vácuo, o alumínio pode 
ser depositado para construção de contatos elétricos 
entre os componentes da lâmina.
Deposição química de vapor (CVD)
y Borrifamento: Nesta técnica, o material depositante 
é colocado em uma placa metálica e a lâmina (onde 
será depositado o material) é colocada em outra. 
y O conjunto é posto em uma câmara com um gás 
inerte sob baixa pressão e uma alta tensão é aplicada 
entre as placas. 
y O gás então se ioniza e os ions que são acelerados na 
direção do campo elétrico arrancam moléculas do 
material depositante e se alojam na lâmina. 
y Nesta técnica não é importante o ponto de fusão do 
material depositante.
Dopagem
y Uma das etapas mais importantes para criação dos 
dispositivos na lâmina é a dopagem de certas regiões do 
silício com dopantes do tipo P ou N.
y Dopar um material semicondutor consiste em adicionar 
impurezas (normalmente na ordem de 10଻átomos de 
semicondutor para 1 atomo de impureza) para aumentar 
sua condutividade e obter-se efeitos elétricos desejados 
(como formação de junções semicondutoras). 
y O processo de dopagem utiliza mascaras para controlar a 
região a ser dopada. Existem basicamente dois processos 
de dopagem mostrados mais adiante.
Dopagem por difusão
y Este é o processo mais simples de dopagem. 
Consiste em aquecer as lâminas a uma temperatura 
em torno de 1000ºC e submete-las a uma mistura de 
gás inerte com o gás dopante. 
y Com a temperatura, o dopante penetra na superfície 
das lâminas onde não esteja protegido pela máscara 
e as impurezas se alojam.
Dopagem por implantação iônica
y Nesta técnica, uma câmara de ionização forma íons 
do material dopante (impureza) e estes são 
acelerados na direção da lâmina através de um 
campo elétrico intenso. 
y Esta técnica tem a vantagem de podermos controlar 
a profundidade de penetração das impurezas 
controlando-se a intensidade do campo aplicado e a 
perfeita definição da região dopada pela máscara.
Etapas da fabricação
Oxidação
Fotolitografia
Corrosão
Dopagem
Este ciclo repete várias 
vezes em função do 
número de camadas e de 
processos intermediários 
FotoLitografia
y Uma máscara é uma lâmina opaca com aberturas (ou partes 
transparentes) apenas nos locais onde se deseja que o 
processo seja aplicado.
y A técnica consiste em revestir a lâmina toda com um material 
denominado fotoresist, que é um material sensível a luz como 
o ultravioleta.
y Após isso, a mascara é colocada sobre a lâmina e é iluminada 
com a luz ultravioleta.
y As partes opacas da lâmina não deixarão que a luz incida no 
fotoresist e ali não haverão mudanças. 
y Nas partes onde a luz passa (lugares transparentes da 
mascara) o fotoresist será eliminado. 
y O resultado é que o fotoresist assumirá o formato da mascara 
estando presente apenas onde estava opaco na mesma.
Processo de exposição
Aplicação Fotorresiste
Aplicação Fotorresiste
Aplicação Fotorresiste
Aplicação Fotorresiste
Aplicação Fotorresiste
Processo N-well
y É o processo no qual temos a base toda dopada com 
material P e nas regiões onde se deseja uma base N é 
feita a dopagem separadamente.
Processo P-well
y Da mesma forma que o N-well temos a base toda 
dopada, porem com material N e nas regiões onde se 
deseja uma base P é feita a dopagem separadamente.
Processo epitaxial
y Pode ser visto como uma mistura dos processos N-well e P-
well. 
y Neste processo, uma base denominada base epitaxial é 
utilizada e no lugar onde se pretende construir um 
transistor, deve-se dopar com o material correspondente a 
sua base (P para transistores tipo N e N para transistores 
tipo P).