M3 Proceso CMOS
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7/27/2019 M3 Proceso CMOS
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PROCESO CMOSVanessa Vargas
Quito, Septiembre 2010
ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO
DISEO VLSI
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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO
DISEO VLSI
Introduction
Recurring steps Process FlowManufacturing
Design Rules
Layer Representation
Conclusion
CMOS PROCESS
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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO
INTRODUCTION
INTRODUCCIN
No debe saber detalles del proceso.Pero debe tener conocimientos generales de constraints fsicas,costos, etc.
DigitalDesigner
Define los patterns(patrones) apli cados a los diferentes layers(capas)del semiconductor.
Interface:Optical Masks
Conjunto de constraints(restriccin)Ancho y separacin mnima entre patternsContrato entre circuit designer y process engineerGaranta de que el circuito sea realizable con xitoDesign Rules
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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO
INTRODUCTION
WELL ANS SUBSTRATES
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ESCUELA POLITCNICA DEL EJRCITO
INTRODUCTION
MODERN DUAL WELL PROCESS
p-well n-well
p+
p-epi
SiO2
AlCu
poly
n+
SiO2
p+
gate-oxide
Tungsten
TiSi2
Dual-Well Trench-Isolated CMOS Process
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MANUFACTURING
PHOTOLITOGRAPHYSi-substrate
Si-substrate
(a) Silicon base material
(b) After oxidation and depositionof negative photoresist
(c) Stepper exposure
Photoresist
SiO2
UV-light
Patternedoptical mask
Exposed resist
Si-substrate
Opcional SiO2 aplicable para
aislar(insulate) gate
OxidationLayering
Light sensitive polimer(latex) Aplicado mientras gira el wafer Espesor 1 um Original soluble Insoluble al exponer a UV
Photoresistcoating
Glass mark over the wafer Contains patterns Mask+ wafer exposed to UV
Stepperexposure
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MANUFACTURING
PHOTOLITOGRAPHY
Remueve non-exposed areas concido o base
Luego es horneado paraendurecer el photoresist
permanente
Photoresistdevelopme
nt
Material removido de reas sinphotoresist
Varios qumicos peligrosos sonusados
Etching
SPIN+Rinse+Dry Wafer limpiado con agua Secado con nitrgeno
SRD
SiO2
Si-substrate
Si-substrate
SiO2
(d) After development and etching of resist,chemical or plasma etch of SiO
2
(e) After etching
Hardened resist
Hardened resist
Chemical or plasmaetch
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MANUFACTURING
PHOTOLITOGRAPHY
2 mtodos para introducir implantes rea expuesta es dopada, el resto es cubierta de
material buffer SiO2
Diffusion andIon implantation
Wafers colocados dentro de tubo de cuarzo enhorno
Gas con dopantes introducido en tubo.Calentamiento 900-1000 C
Concentracin final decrece desde la superficie.
Diffusion
Dopantes introducidos mediante un haz de iones Permite control de profundidad y dosis(aceleracin,
corriente y tiempo) Mtodo ha superado a la difusin Drawback: lattice damage. Corregido con
annealing. Wafer calentado, vibracin arreglaestructura de tomos.
Ion
Si-substrate
SiO2
(f) Final result after removal of resist
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MANUFACTURING
PHOTOLITOGRAPHY
Colocar layers de material sobre el wafer Material: buffer, insulating, conducting Diferentes mtodos para cada caso. Ejm. SiO2,
aluminio, etc
Deposition
Formar patterns selectivamentes(wires, contacts) Tradicionalmente se ha usado cido o base. Actualmente: plasma(nitrogen, chorine, baron
thricloride)
Etching
Obtener superficie plana Es importante previo deposition CMP Method(Chemical-mechanical planarization).
Lquido con material abrasivo( xido de aluminio oslica)
Planarization
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MANUFACTURING
CMOS PROCESSoxidation
opticalmask
processstep
photoresist coatingphotoresistremoval (ashing)
spin, rinse, dryacid etch
photoresist
stepper exposure
development
Typical operations in a singlephotolithographic cycle (from [Fullman]).
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PROCESS FLOW
Define active areasEtch and fill trenches
Implant well regions
Deposit and patternpolysilicon layer
Implant source and drainregions and substrate contacts
Create contact and via windowsDeposit and pattern metal layers
Source: Digital Integrated CircuitsA Design Perspective
Jan M. RabaeyAnantha Chandrakasan
Borivoje Nikolic
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PROCESS FLOW
p+
p-epi (a) Base material: p+ substratewith p-epi layer
p+
(c) After plasma etch of insulatingtrenches using the inverse ofthe active area mask
p+
p-epiSiO2
3SiN4
(b) After deposition of gate-oxide andsacrificial nitride (acts as abuffer layer)
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PROCESS FLOW
SiO2
(d) After trench filling, CMPplanarization, and removal ofsacrificial nitride
(e) After n-well andVTp adjust implants
n
(f) After p-well andVTn adjust implants
p
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PROCESS FLOW
(g) Afterpolysilicon depositionand etch
poly(silicon)
(h) After n+source/drain andp+source/drain implants. These
p+n+
steps also dope the polysilicon.
(i) After deposition of SiO2insulator and contact hole etch.
SiO2
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PROCESS FLOW
(j) After deposition andpatterning of first Al layer.
Al
(k) After deposition of SiO2
insulator, etching of vias,deposition and patterning ofsecond layer of Al.
AlSiO
2
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PROCESS FLOW
INTERCONNECT IMPACT ON A CHIP
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PROCESS FLOW
ADVANCED METALLIZATION
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DESIGN RULES
entre el ingeniero diseador y elingeniero de procesos
Se requiere de unInterfaz
Guas deconstruccin para lasmscaras de proceso
Reglas de diseo escalables:parmetro lambda
Dimensiones absolutas (reglas micron )
Dimensin de launidad: el ancho de
lnea mnimo
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DESIGN RULES
INTRA LAYER
10
90
Well
Active3
3
Polysilicon
2
2
Different PotentialSame Potential
Metal13
3
2
Contactor Via
Select
2
or6
2Hole
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DESIGN RULES
VIAS AND CONTACTS
1
2
1
Via
Metal toPoly ContactMetal to
Active Contact
1
2
5
4
3 2
2
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DESIGN RULES
INTER LAYER
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LAYER REPRESENTATION
EJM. COLOR REPRESENTATIONLayer
Polysilicon
Metal1
Metal2
Contact To Poly
Contact To Diffusion
Via
Well (p,n)
Active Area (n+,p+)
Color Representation
Yellow
Green
Red
Blue
Magenta
Black
Black
Black
Select (p+,n+) Green
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LAYER REPRESENTATION
CMOS INVERTER LAYOUT
A A
np-substrate Field
Oxidep+n+
In
Out
GND VDD
(a) Layout
(b) Cross-Section along A-A
A A
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LAYER REPRESENTATION
CMOS LAYOUT EDITOR