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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 10átomos 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).
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