Proceso de Fabricación. Proceso de fabricación. Fabricación de un lingote de silicio. Cámara limpia. Cámara limpia. Microelectrónica Febrero de 2008

Transcripción

1 Proceso de Fabricación 1. Metodología 2. Patterning 3. Proceso CMOS 4. Reglas de diseño 5. Latchup Microelectrónica Febrero de 2008 Marisa López Vallejo Proceso de fabricación Fabricación de un lingote de silicio Máscaras En cámara limpia Obleas Proceso de fabricación Oblea procesada Chips Productos químicos Cámara limpia Cámara limpia Equipo de fotolitografía Equipo de limpieza de fotorresinas Puestos de limpieza y manejo de substratos. Evaporador por cañón de electrones Equipo de ataque por iones Campanas para ataques químicos 1

2 Pulido de obleas Patterning Imprimir las formas geométricas de un diseño en las diferentes capas del proceso (Si) Incluye: Elaboración de las máscaras Fotolitografía: transferencia de patrones al silicio Utiliza: Fotorresinas + Zonas ilumniadas se eliminan - Zonas iluminadas se mantienen Fotolitografía Inicio del proceso CMOS La oblea de silicio dopada positivamente se cubre con una capa de óxido aislante (amarillo) mediante deposición química por vapor Se aplica de forma uniforme una capa de fotorresina (sensible a la luz ultra-violeta) en la superficie del SiO 2 Se coloca la primera máscara sobre la oblea, proyectando luz ultra-violeta. Las zonas de fotorresina expuestas a la luz se endurecen. 2

3 Se elimina la fotorresina no expuesta mediante un disolvente específico. Se ataca el SiO 2 que no está protegido mediante la fotorresina para eliminarlo de la superficie de la oblea. Queda sólo una pequeña capa que actuará de aislante. Se elimina la fotorresina endurecida mediante la utilización de un disolvente químico. Se deposita una capa de polisilicio mediante deposición química de vapor. Se vuelve a depositar fotorresina para un segundo proceso de fotolitografía. De nuevo se coloca una máscara y se aplica luz ultravioleta para endurecer la fotorresina expuesta. 3

4 Se elimina la fotorresina no expuesta lavando la superficie con un disolvente Ataque por haz de iones que elimina el polisilicio sobrante (junto con el SiO 2 fino) y deja la superficie de la oblea al descubierto. Se elimina la fotorresina (disolvente químico) Dopado mediante implantación de iones de fósforo (verde) que da lugar a la difusión n (drenador y fuente del transistor). Se deposita una segunda capa de SiO2 que actuará como aislante de la superficie de la oblea. Nuevo depósito de fotorresina para aplicar otra máscara. 4

5 Se aplica la nueva máscara: para los contactos. La eliminación de la fotorresina expuesta a la luz UV deja al descubierto las fosas para los contactos. Se realiza un ataque para eliminar el SiO2 de los contactos y dejar al descubierto drenador, fuente y puerta. Se elimina de nuevo la fotorresina sobrante. Se deposita una capa de aluminio (metal) de forma uniforme, rellenando los contactos. Nueva fotorresina para la máscara de conexionado (wiring). 5

6 Nueva máscara para las conexiones al transistor. Se elimina la fotorresina no expuesta. Ataque para eliminar el aluminio sobrante (no protegido por fotorresina) Se elimina la fotorresina y se ha terminado el proceso Corte transversal de un inversor Corte transversal de un inversor con contactos a pozo y substrato field oxide (ohmic contact) 6

7 Pozos Chips are fabricated using set of masks Photolithography p+ n+ n+ p p+ p+ n n+ Inverter uses 6 layers: n-well, poly, n+ diffusion, p+ diffusion, contact, metal Basic steps oxidize La base de la oblea se hace de un material (p/n) y luego se crean pozos del contrario (n/p) Necesitan contactos óhmicos a: Masa: pozo p Alimentación: pozo n polarizan en inversa los diodos parásitos apply photoresist remove photoresist with mask HF acid eats oxide but not photoresist pirana acid eats photoresist ion implantation (diffusion, wells) vapor deposition (poly) plasma etching (metal) Heavy doped poly is grown with gas in furnace (chemical vapor deposition) Furnace used to oxidize ( C) Masked used to pattern poly Mask exposes photoresist to light, allowing removal HF acid etch piranha acid etch diffusion (gas) or ion implantation (electric field) Poly is not affected by ion implantation HF acid etch Interacción diseñador-fabricante Reglas de Diseño Fábrica Metal is sputtered (with vapor) and plasma etched from mask El diseñador debe decirle al fabricante qué quiere hacer mediante un conjunto de máscaras El fabricante impone restricciones tecnológicas mediante las reglas de diseño No nos preocupan los detalles de fabricación si cumplimos las reglas de diseño 7

8 Reglas de diseño Microwind 0,12 µm Reglas de diseño Microwind 0,12 µm Las reglas de diseño definen restricciones geométricas con rangos para la representación de las máscaras Ejemplos: min. anchura conexiones para evitar discontinuidades min. distancia para evitar cortocircuitos min. extensión para garantizar recubrimientos Se miden en micras Necesario por tolerancia de las máscaras Proceso de fabricación: definido por mínima longitud de canal Basado en el parámetro Lambda (CMOS escalable) λ: mitad de la mínima longitud de canal Características del proceso: 0,12 µm (λ = 0,06 µm) 6 capas de metal Pozo N Escalable: disponible desde 1,2 µm hasta 0,05 µm Pozo N Difusiones n+ y p+ R102 R101 Mínimo tamaño de pozo: 12 λ R102 Distancia entre pozos: 12 λ R201 Anchura mín. p+ n+ 4λ R202 Distancia p+ n+ 4λ R203 Extensión pozo a p+ 6λ R204 Distancia n+ a pozo 6λ R205 Extensión pozo a n+ 2λ R206 Distancia p+(pol) n+ 0λ R207 Distancia pozo p+ 6λ Polisilicio Contactos R301 Anchura mín. 2λ R302 Anchura puerta 2λ R303 R304 Distancia poly-poly 3λ R305 Distancia poly-diff 2λ R306 Extensión diff-poly 4λ R307 Extensión poly-diff 6λ R401 Anchura mín. 2λ R402 Distancia contactos 5λ R403 Extensión diff-cont 2λ R404 Extensión poly-cont 2λ R405 Extensión metal-cont 2λ R406 Distancia cont-puerta 3λ 8

9 Metal 1 y Vía Metal 2 y Vía 2 Metal1 R501 Anchura mín. 4λ R502 Distancia metal1 4λ Via R601 Anchura mín. 2λ R602 Distancia via-via 5λ R603 Distancia cont-via 0λ R604 Extensión metal 2λ Metal2 R701 Anchura mín. 4λ R702 Distancia metal1 4λ Via 2 R801 Anchura mín. 2λ R802 Distancia via-via 5λ R804 Extensión metal 2λ Cuáles son los costes? 9