Elettronica dei Sistemi Digitali LA

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Gaspare Chiari
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1 Elettronica dei Sistemi Digitali LA Università di Bologna, sede di Cesena Processi microelettronici A.a

2 Tecniche Litografiche per la Fabbricazione di Circuiti Integrati - Etching Il fotoresist viene spalmato sul wafer di silicio. Successivamente questo viene illuminato da luce ultravioletta attraverso la fotomaschera. Il fotoresist viene sviluppato, e la parte di resist esposta alla luce viene rimossa Mediante attacco acido è possibile rimuovere selettivamente porzioni di materiale non protette dal resist Il fotoresist viene infine rimosso

3 Deposizione Ossidazione Il materiale da deporre (es. Al, Cu) viene immesso nell atmosfera, ad alta temperatura, finchè non se ne forma uno strato dello spessore voluto sulla superficie. Alle temperature indicate il silicio ossida, dando luogo ad uno strato di ossido di silicio, utilizzato come gate dei transistori MOS, come ossido di isolamento tra strati diversi, per impedire l impiantazione ionica al di fuori delle giunzioni di source e drain dei transistori MOS.

4 Impiantazione Ionica Gli atomi di drogante vengono sparati ad alta energia verso il wafer di silicio. L impiantazione avviene solo nelle regioni non protette dall ossido di silicio. E un processo a bassa temperaatura. L impiantazione ionica crea un danno cristallografico che è necessario compensare riscaldando successivamente la fetta (annealing). Con questo procedimento vengono formate le giunzioni di source e drain dei transistori MOS.

5 Processo CMOS CMOS = Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Vediamo i passi di processo necessari per realizzare un invertitore CMOS Si parte da una fetta di Si con drogaggio di tipo p (con Boro, ad esempio). Lo spessore è circa 500µm Il contatto di substrato viene realizzato con una metallizzazione. Un substrato p-si è adatto per nmos e non per pmos p-si Al

6 Realizzazione della N-well Per i transistori a canale p serve un substrato di tipo n Realizzo una isola con drogaggio n dove saranno collocati i pmos L area scura individua le zone sulla fetta in cui il fotoresist verrà rimosso, lasciando esposta la fetta. Atomi di drogante di tipo n (donatori, es. P) vengono impiantati attraverso la finestra, realizzando un substrato di tipo n adatto per i pmos. L area realizzata è detta n- well.

7 Channel Stop Successivamente vengono individuate le aree attive dei transistori p ed n le quali verranno ricoperte da nitruro di silicio (Si3N4). Tutte le altre zone saranno sottoposte ad un impianto ionico p+ (detto di channel stop, poiché serve a prevenire la formazione di canali/strati di inversione di carica. Quindi ha funzione di mantenere isolamento tra i 2 transistori.

8 Ossido di campo Uno strato di ossido di silicio spesso, detto field oxide viene accresciuto sulle porzioni non mascherate. Insieme all impianto di channel stop ha il compito di prevenire la formazione di transistori parassiti (si noti come nella regione in cui si trova l impianto di channel stop di abbia una struttura MOS: metallo (ancora non è disegnato, ossido (SiO2), semiconduttore (p+ Si)

9 Ossido di gate Successivamente viene accresciuto uno strato di ossido sottile sulle aree attive (circa qualche decina di Angstrom), che influirà pochissimo sullo spessore dell ossido di campo. L ossido di gate deve essere di ottima qualità: spessore uniforme, senza difetti.

10 Deposizione di Poly-Si Successivamente silicio policristallino viene depositato sulla fetta, e viene effettuato etching secondo la maschera a sinistra. In questa fase viene rimosso anche l ossido sottile dalle zone attive.

11 Impiantazione ionica n+ Viene effettuata ovunque la maschera è scura. Serve a realizzare le giunzioni di source e di drain del transistore nmos, nonché il contatto di substrato dei transistori pmos. La presenza del Poly-Si fa sì che le giunzioni siano auto-allineate con il canale del transistore.

12 Impiantazione ionica p+ La maschera è complementare alla precedente. Tutta l area non esposta all impianto n+ verrà sottoposta all impiantazione p+. La funzione di questo passo è realizzare le giunzioni di source e drain dei transistori pmos. Alla fine delle impiantazioni il silicio viene scaldato per riparare i danni cristallografici generati dai droganti iniettati ad alta energia.

13 Ossido intermedio Uno strato di ossido viene deposto su tutto il wafer (non è accresciuto termicamente!). Questo strato farà da supporto per i livelli di metallizzazione sovrastanti e dovrà essere il più possibile planare.

14 Contatti Vengono realizzati dei fori in corrispondenza delle giunzioni, i quali verranno riempiti con composti del tungsteno (conduttori) per realizzare contatti con gli strati sovrastanti. Vengono detti via s.

15 Deposizione ed etching del Metal Alluminio viene deposto su tutta la superficie e, tramite la maschera, rimosso selettivamente. In questo modo è possibile realizzare piste per connettere i transistori. In modo particolare vengono effettuati i contatti tra i D per realizzare l invertitore e i contatti di alimentazione e di n-well. Si realizzano più strati di metallizzazione depositando ossido, realizzando le vie, deponendo e rimuovendo selettivamente lo strato di metallo. Oggi il numero di livelli di metallizzazione è >6

16 Livelli di interconnessione

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