Proiectarea Circuitelor în Tehnologie CMOS

I. Tranzistoarele CMOS

Lucrarea următoare va contine informatii despre tehnologii de fabricaţie a circuitelor CMOS, care necesită ca tranzistoarele de tip canal n (nMOS) şi cele de tip canal p (pMOS) să fie realizate pe acelaşi substrat al circuitului. Pentru a alătura ambele dispozitive nMOS şi pMOS, trebuie create regiuni în care tipul semiconductorului să fie opus tipului substratului. Aceste regiuni sunt numite insule, fîntîni (wells) sau tuburi (tubes). O insulă de tip p este creeată pe un substrat de tip n sau, alternativ, o insulă de tip n este creată pe un substrat de tip p.

Procesul începe prin creearea unor regiuni insulă de tip n (n-wells) pentru tranzistoarele pMOS prin implantarea de impuritaţi în substrat. Apoi un strat subţire de oxid este realizat în zonele care înconjoară regiunile active nMOS şi pMOS. Poarta subţire de oxid este realizată prin oxidare termică. Aceşti paşi sunt urmaţi de creearea unor regiuni p+ şi n+ (implantări sursă, drenă şi canal-stop) şi la final metalizare (crearea de interconexiuni metalice).

1. Elemente de tehnologie şi fabricaţie

Dispozitivele semiconductoare au fost utilizate în electronica înca din secolul 19. În anul 1959 , primul circuit integrat a fost construit, fapt prin care s-a pornit o noua eră a construirii de semiconductori la nivel mondial. In mai puţin de 50 de ani a fost construit primul semi-conductor metal – oxid complementar (CMOS). Tranzistorii CMOS sunt utilizaţi atât in circuitele analogice datorită costurilor reduse cu care erau prezentaţi pe piaţă cât şi avantajul folosirii acestora şi în circuitele digitale.

Compoziţie

Fiecare dintre paşii de proiectare are nevoie ca pe pastilă să fie definite anumite regiuni cu maşti adecvate. Prin urmare, circuitul integrat poate fi văzut ca o mulţime de straturi de siliciu, polisiliciu, difuzie, metal şi dioxid de siliciu, de forme diferite şi cu proprietaţi electrice diferite. Pentru fiecare strat, care se creeaza pe pastilă, trebuie realizat un şablon, o mască. Unul dintre procedeele de transfer al unei maşti pe un strat al circuitului se numeste litografiere. Deoarece fiecare strat are propriile cerinţe pentru transpunerea măştilor, secvenţa de litografiere trebuie repetată pentru fiecare strat, folosind o mască diferită.

Pentru a ilustra paşii de fabricaţie implicaţi in izolarea straturilor cu dioxid de siliciu prin litografie optică, se va examina fluxul de procese Secvenţa incepe cu oxidarea termală a suprafeţei substratului de siliciu in urma căreia este creat pe substrat un strat de oxid gros (cca.1 µm), oxid de câmp. Întreaga suprafaţă oxidată este acoperită apoi cu un strat de fotorezist, care este în esenţă un polimer organic rezistent la acid şi sensibil la lumină, iniţial insolubil în soluţia de dizolvare. Dacă fotorezistul este expus la raze ultraviolete regiunile expuse devin solubile nemairezistând solvenţilor. Pentru a expune selectiv materialul fotorezistiv, se acoperă cu o mască alte suprafeţe în timpul expunerii. Astfel, când structura de deasupra este expusa la lumina ultravioletă zonele acoperite cu zonele opace ale maştii sunt protejate. În regiunile unde ajunge lumina ultravioletă materialul fotorezistiv este expus şi devine solubil

Putem spune că tranzistoarele CMOS sunt fabricate din silicon, cel mai utilizat şi cel mai cunoscut element de pe planetă. Cuarţul mineral este bogat în dioxid de silicon , cunoscut şi sub numele de silica. Nisipul este compus în principal din granule mici de silicon care nu există natural. Formarea stratului de n+ este unul dintre elementele cheie în marea majoritate a proceselor de BICMOS şi bipolar. Pentru a garanta o mai bună funcţionare a tranzistorului CMOS, substratul este de obicei dotat în silicon cât se poate de mult, limitat de solubilitatea solidă aceasta pentru a minimiza substratul rezistiv. Dar aplicarea stratului de silicon este doar primul pas în fabricarea de circuite integrate. Odată cu cresterea termală a oxizilor se folosesc atomi de silicon dintr-un substrat al reactiei