CMOS: Fabrico e regras de projeto

João Canas Ferreira

Universidade do PortoFaculdade de Engenharia

2013-02-22

Assuntos

1 Processo de fabrico CMOS

2 Regras geométricas de projeto

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Evolução da tecnologia CMOS

Fonte: [Weste11]

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Lingotes de silício dopado

Fonte: [May04]

à Diâmetros: 300 mm e 400 mm

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Método Czochralski

Fonte: [May04]

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Fabrico de lingotes

Fonte: [http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/elmat_en/kap_6/illustr/i6_1_2.html]

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Fotolitografia

Fonte: [Weste11]

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Máscaras

Fonte: [May04]

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Projeção das máscaras

Fonte: [May04]

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Transferência

Fonte: [May04]

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Correção ótica (prédistorção)

Fonte: [Weste11]

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Inversor: vista de corte

Fonte: [Weste11]

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Inversor: máscaras

Fonte: [Weste11]

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Processos de poço triplo

Fonte: [Weste11]

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Isolamento entre poços (trincheira)

Fonte: [Weste11]

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Óxido de porta

Fonte: [Weste11]

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Formação de fonte e dreno

Fonte: [Weste11]

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Melhoramentos

Fonte: [Weste11]

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Metalização em alumínio

Fonte: [Weste11]

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Exemplo: 11 níveis de metal

Fonte: [Weste11]

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Quando corre mal...

Fonte: R. Rodríguez-Montañés et al., “Bridging Defects Resistance in the Metal Layer of a CMOS

Process”, J. Electronic Testing: Theory and Applications 8, 35–46 (1996)

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Assuntos

1 Processo de fabrico CMOS

2 Regras geométricas de projeto

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Caraterísticas das regras geométricas

I As regras geométricas de projeto constituem o contrato entre fabricante eprojetista de circuito.

I Estas regras são a “interface” do processo de fabrico.

I Garantem que os padrões depositados na bolacha preservam topologia egeometria do desenho

I Especificam: distâncias mínimas, larguras mínimas (e máximas),sobreposições mínimas

I Regras “escaláveis”: distâncias especificadas em múltiplos de λ

I Largura mínima da porta: 2λ

I Processos industriais geralmente especificam regras em valores absolutos

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Máscaras de um inversor (n-well)

Fonte: [Weste11]

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Contactos ao substrato

Fonte: [Weste11]

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Classes de regras

Poços Definição de poços: p-well, n-well, deep-n-well. Em processostwin-tub pode ser especificado apenas um poço (n-well).

Transístores Quatro máscaras físicas:I active (diffusion), n-select (n-implant), p-select, polyI active + n-select + p-well + poly : transístor nMOSI active + p-select + n-well + poly : transístor pMOSI active + n-select + n-well + contacto : contacto ao poçoI active + p-select + p-well + contacto : contacto ao poço/substrato

Alguns sistemas geram máscaras active a partir de select

Contactos Uma máscaraI metal1/p-active, metal/n-active, metal-poly, metal/substratoI tamanho fixo; tentar usar mais que um contacto em paralelo

Metal Regras variam com o nível de metal (progressivamente maislargos e mais separados)Regras para ligações entre níveis de metal (vias): processosmodernos admitem stacked vias.

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FreePDK45: regras POLY

à http://www.eda.ncsu.edu/wiki/FreePDK45:Contents

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FreePDK45: regras WELL

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FreePDK45: regras ACTIVE (DIFFUSION)

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FreePDK45: regras IMPLANT (SELECT)

figura confusa: zona ativa, n-well e n-implant têm a mesma cor!João Canas Ferreira (FEUP) CMOS: Fabrico e regras de projeto 2013-02-22 30 / 35

FreePDK45: regras CONTACT

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FreePDK45: regras METAL1 (1/2)

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FreePDK45: regras METAL (1/2)

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Tempos passados

Fonte: [Weste11]

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Referências

à As figuras usadas provêm dos seguintes livros:

May04 G.S. May, S. M. Sze, Fundamentals of Semiconductor Fabrication,Wiley, 2004.

Rabaey03 J. M. Rabaey et al, Digital Integrated Circuits, 2ª edição,PrenticeHall, 2003.http://bwrc.eecs.berkeley.edu/icbook/

Weste11 N. Weste, D. Harris, CMOS VLSI Design, 4ª edição, PearsonEducation, 2011.http://www3.hmc.edu/~harris/cmosvlsi/4e/index.html

à As figuras das regras de projeto provêm de FreePDK45 Wiki:

http://www.eda.ncsu.edu/wiki/FreePDK45:Contents

à e do serviço MOSIS: http://www.mosis.com/

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