Diseño, simulación y fabricación de un resonador para elevación de tensión según el proceso MultiMems

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Jesús Valdéz Cortés
hace 5 años
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1 4.- PROCESO MULTIMEMS. 4.1 Introducción. MultiMems es una empresa noruega que se dedica a la fabricación de multitud de microsistemas, dividiendo la oblea en partes cada cual le corresponde a un cliente. El proceso, en general, consta del propio proceso de fabricación con sus reglas de layout y ciertas limitaciones de diseño que se imponen. Se explicará brevemente cada uno de estos apartados. 4.2 Proceso de fabricación. Máscara 1. NOWEL. El proceso de esta etapa es el siguiente: a) Crecimiento térmico de óxido. b) Grabado de óxido. c) Dopado n a través de la máscara para definir la región n-well. d) Dopado p en la parte inferior, sin máscara. e) Eliminación del óxido. Máscara 2. BUCON. a) Crecimiento térmico de óxido de dispersión. b) Implante de boro a través de la máscara c) Difusión térmica. d) Para formación de conductores enterados 22

2 Máscara 3. BURES. a) Implante de boro a través de la máscara b) Eliminación del óxido de la parte superior. c) Difusión térmica. d) Para formación de resistencias enterradas. Máscara 4. No-mask. a) Crecimiento de una capa epitaxial con dopado n. b) Eliminación del óxido de la parte inferior. Máscara 5. TIKOX. a) Crecimiento de SiO 2. b) Grabado sólo del óxido superior, el inferior permanece. c) Crecimiento de óxido fino de aislamiento. Máscara 6. SUCON. a) Implante de boro a través de la máscara y del óxido de aislamiento. b) Difusión térmica. c) Para formación de conductores superficiales. Máscara 7. SURES. a) Implante de boro a través de la máscara y del óxido de aislamiento. b) Para formación de resistencias superficiales. Máscara 8. NOSUR. a) Implante de fósforo a través de la máscara y del óxido de aislamiento. b) Pequeña difusión térmica. Máscara 9. COHOL. a) Grabado del óxido de aislamiento. b) Para contactos. 23

3 Máscara 10. MCOND. a) Deposición de aluminio de alta pureza mediante sputtering. b) Grabado húmedo. c) Para formar conductores metálicos. Máscara 11. BETCH. a) Grabado por abajo, anisótropo con parada de grabado electro-químico en la unión pn. Máscara 12. NOBOA. a) Grabado húmedo para exponer el Si en el área de soldadura anódica. b) El óxido desprotegido de la parte inferior se elimina simultáneamente. Máscara 13. RETCH. a) Liberación de la estructura mediante grabado seco, a través de la capa epitaxial. Máscara 14. TOGE/BOGEF/BOGEB. a) Grabado isótropo del vidrio, por una o las dos caras Reglas de diseño. Las reglas de diseño se expondrán de forma breve, obviando algunos detalles, debido a la confidencialidad de la documentación suministrada por MultiMems. Existen tres tipos de reglas: a) Reglas intra-layer: impone las relaciones que deben cumplirse dentro de una misma máscara. b) Reglas inter-layer: impone que relaciones deben cumplirse entre dos máscaras. 24

4 c) Reglas multi-layer: impone las relaciones que deben cumplirse al mismo tiempo entre varias máscaras. Máscara NOWEL. Los dibujos en esta máscara tienen un ancho y una separación entre dibujos mínimo. Se distingue el caso en que la zona n-well quede al aire tras el grabado o no. Máscara BUCON. Al igual que NOWEL, los dibujos de esta máscara tienen un ancho y separación mínimos. Existe una cierta separación mínima entre BUCON y NOWEL. Máscara BURES. La máscara BURES, además de tener un ancho y separación entre dibujos mínimo, también tiene una distancia mínima entre partes de un mismo dibujo. Esta máscara debe estar separada de NOWEL y nunca coincidir. Además BURES debe superponerse cierta distancia a BUCON para conexiones eléctricas y estar separada para aislamiento eléctrico. Máscara TIKOX. Esta máscara sólo debe cumplir restricciones en cuanto a ancho y separación entre dibujos dentro de la misma máscara. Estas dos restricciones las tendrán el resto de las máscaras, por ello se omitirá en las reglas se las siguiente máscaras. Máscara SUCON. SUCON debe tener una cierta separación con NOWEL y TIKOX., y con BUCON y BURES en caso de aislamiento eléctrico. SUCON debe superponerse a BUCON para el caso de conexión eléctrica. Máscara SURES. Esta máscara debe tener una separación mínima entre partes de un mismo dibujo. SURES debe estar separada de TIKOX, BUCON, y de SUCON en caso 25

5 de aislamiento eléctrico. SURES debe superponerse con SUCON para conexión eléctrica. Máscara NOSUR. Esta máscara debe cubrir a SUCON, SURES y TIKOX. Máscara COHOL. La máscara COHOL debe estar separada de TIKOX y no coincidir con ella, y además debe cumplir los mismo requisitos con NOSUR para conexión con la región-n+. Máscara MCOND. a) Para contacto eléctrico con SUCON: MCOND debe cubrir a COHOL si COHOL se sitúa encima de un dibujo de SUCON. SUCON debe cubrir a COHOL si MCOND se sitúa encima de un dibujo de SUCON. SUCON debe cubrir a MCOND una distancia mínima. SUCON debe cubrir a COHOL si COHOL se sitúa sobre un dibujo de MCOND y SUCON. b) Sólo para conexión eléctrica con n-epi. Debe haber una separación mínima entre MCOND y NOSUR. MCOND debe cubrir a COHOL fuera de NOSUR. c) Para el caso de cruce de MCOND con SUCON. TIKOX debe cubrir a BUCON si BUCON se sitúa encima de un dibujo de MCOND. TIKOX debe cubrir a MCOND si MCOND se sitúa encima de un dibujo de SUCON. 26

6 Máscara BETCH. El ataque por debajo se realiza con cierto ángulo, por tanto, las dimensiones de la máscara BETCH serán mayores que la abertura final cuando se llega a la unión pn. Dependiendo del grado de tolerancia del espesor de la oblea te tendrá un BETCH min cuando la tolerancia sea la máxima superior y un BECTH máximo cuando la tolerancia sea la máxima inferior. Así, las condiciones que se deben cumplir son: BUCON debe estar separado de NOWEL en el BETCHmáximo. No debe coincidir NOWEL con BUCON en BETCHmáximo. BURES debe estar separado de NOWEL en el BETCHmáximo. No debe coincidir NOWEL con BURES en BETCHmáximo. Máscara NOBOA. Esta máscara debe cubrir a TIKOX y MCOND. También debe cubrir el borde de SUCON y SURES una distancia mínima. Máscara RECTH. RECTH debe estar separada una cierta distancia y no coincidir con MCOND, SUCON, SURES Y NOBOA. NOWEL y BETCHmínimo deben cubrir a RETCH una longitud mínima. Máscara TOGE. Esta máscara debe cubrir a TIKOX, SUCON, SURES, MCOND, NOBOA y NOSUR. Máscara TOGEF/BOGEF/BOGEB. Estas máscaras sólo tienen restricciones en cuando a ancho y distancia mínima entre dibujos dentro de una misma máscara. 27

7 4.4. Limitaciones de diseño. Estas limitaciones se imponen para que el dispositivo no se rompa ni se deteriore durante el proceso de fabricación. Las limitaciones son: Soportar 1 bar de diferencia de presiones entre las caras de la membrana para dispositivos con la parte superior sellada con vidrio, membrana no atravesada y abertura del vidrio de la parte inferior. Soportar 0.8 bar de diferencia de presiones entre las caras de la membrana para dispositivos con la cavidad superior de vidrio ventilada, membrana atravesada, o dispositivos sellados superior e inferiormente. Soportar una aceleración de 2000g en todas direcciones. La máxima tensión, en todo punto del dispositivo, en los tres casos, debe ser de 500Mpa, considerando que el dispositivo se encuentra bajo las peores condiciones en cuanto a tolerancia. 28

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