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Proceso de fabricación de CI
Fabricación de CI CMOS
El proceso de fabricación CMOS requiere que se construyan transistores
tanto de canal n de canal p sobre un mismo material de silicio. Es preciso
crear regiones especiales, denominadas pozos, en las que el material
semiconductor es opuesto al tipo del canal.
La oblea de silicio
El material base para el proceso de fabricación viene en forma de una oblea
monocristalina ligeramente dopada. Estas obleas tienen diámetros de entre
4 y 12 pulgadas y un espesor de 1 mm máximo. En las se debe tener muy
en cuenta la densidad de defectos del material la cual establece el valor de
la producción.
Fotolitografía
La fotolitografía es la técnica mas utilizada para realizar enmascaramnto
selectivo, esa se aplica de más intensiva a todo lo largo del proceso de
fabricación.
Los pasos son:
1. Oxidación superficial.
2. Recubrimiento con fotorresist.
3. Exposición.
4. Revelado del fotorresist y horneado.
5. Grabado mediante ácido.
6. Centrifugado, aclarado y secado
7. Pasos diversos de procesamiento.
8. Eliminación del fotorresist.
Pasos de procesamiento recurrente
a) Implantación por difusión e implantación de Iones:
En la implantación por difusión, las obleas se colocan en un tubo de
cuarzo y entonces se introduce en el tubo un gas que contiene el dopante.
Las altas temperaturas hacen que los dopantes se difundan en la superficie.
El sistema de implantación de iones dirige un haz de iones purificados
sobre la superficie del semiconductor y barre ésta con el haz.
El método de implantación de iones permite controlar de manera
independiente la profundidad y la dosificación. Esta es la razón de que la
implantación de iones haya desplazado al método de difusión en los
procesos de fabricación actuales.
Deposición
Todo proceso CMOS requiere la deposición repetitiva de capas de un
material sobre la oblea completa, con el fin de actuar como material base
para un paso de procesamiento, o como capas aislantes o conductoras.
Grabación
La grabación que se realiza después la deposición y se utiliza para formar
las pistas de interconexión y agujeros de contacto.
Planarización
Es el proceso mediante la cual se hace la superficie del semiconductor lo
más plana posible para poder agregar las demás capas del material.
Flujo del proceso CMOS
Definir las áreas activas,
grabar y rellenar las
trincheras.
Implantar las regiones de
los pozos.
Depositar capa de polisilicio
y aplicarle el patrón.
Implantar regiones de
fuentes y drenador y
contactos de sustrato.
Crear ventanas de contacto
y de paso de capa, depositar
capas metálicas y aplicarles
el patrón.
Reglas de diseño
Las reglas de diseño actúan como interfaz entre el diseñador y el ingeniero
de procesos. Los diseñadores desean diseños más pequeños y menores
separaciones, el ingeniero de procesos lo que desea es un proceso
reproducible y con un alto rendimiento.
La anchura mínima de línea es la unidad fundamental en la definición en un
conjunto de reglas de diseño, este concepto hace referencia a la dimensión
mínima que puede ser transferida con seguridad material semiconductor.
Las reglas se eligen de modo que un diseño pueda ser portado fácilmente
entre una serie de procesos industriales.
Representación en capas
El concepto de capas traduce el inmanejable conjunto de máscaras
actualmente utilizadas en CMOS a un conjunto simple de niveles de
disposición conceptual.
Una disposición (layout) está compuesta por una combinación de
polígonos, cada unos de los cuales está asociado a una determinada capa.
La funcionalidad del circuito está determinada por la elección de las capas,
así como por la interacción entre objetos situados entre capas diferentes.
Restricciones de intracapa
Un primer conjunto de reglas define las dimensiones mínimas de los
objetos de cada capa, así como los espaciados mínimos entre objetos
situados en la misma capa.
Restricciones intercala
Las reglas entere capas tienden a ser complejas. Puesto que están
involucradas múltiples capas, resulta más difícil visualizar su significado o
funcionalidad.
Algunas de las reglas de diseño son:
1. Reglas de transistor.
2. reglas de contactos y vías.
3. contactos de pozos y de sustrato.
Encapsulado de los CI
El encapsulado de un CI juega un papel fundamental en la operación y las
prestaciones de componente. Este proporciona un medio para que las
señales y las líneas de alimentación entren y salgan del lado de silicio,
también elimina el calor generado por el circuito y le proporciona un
soporte mecánico, también protege el dado contra condiciones ambientales
tales la humedad.
El número de conexiones que salen del chip tiende a ser aproximadamente
proporcional a la complejidad del circuito contenido en el mismo, a esto se
le denomina regla de Rent.
Un buen encapsulado debe cumplir con los requisitos siguientes:
 Requisitos eléctricos.
 Propiedades mecánicas y térmicas.
 Bajo coste.
Materiales de los encapsulados
Los materiales más comunes utilizados para el cuerpo del encapsulado son
materiales cerámicos y polímeros. Los últimos tienen la ventaja de seer
sustancialmente más baratos, pero sus propiedades térmicas son inferiores.
La desventaja de los cerámicos es su alta constante dieléctrica.
Niveles e interconexión
El método tradicional de encapsulado usa una estrategia de interconexión
en dos niveles. El dado se Necta primero a un sustrato o portador individual
(chip carrier). El cuerpo del encapsulado contiene una cavidad interna en la
que se monta el chip. Estas cavidades proporcionan espacio suficiente para
muchas conexiones con los terminales del chip (o pines). Esos terminales
forman el segundo nivel de interconexión y conectan el chip con el soporte
de interconexión global, que normalmente es una tarjeta de circuito
impreso.