Tecnolog

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Tecnología CMOS

• Vicente Baena

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Transistores en tecnología CMOS

• Para un sustrato tipo p
• Para evitar la aparición de diodos en directa
• El sustrato p debe estar conectado a la tensión
  más negativa
• El pozo n debe estar conectado a la tensión más
  positiva
• Las difusiones p/n de los sustratos disminuyen
  la resistencia de contacto
• Los transistores son simétricos

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Proceso de Fabricación

• Se parte de una oblea de silicio y sobre ella se
  crean las estructuras de los transistores e
  interconexiones

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Proceso fotolitográfico

• Mediante este proceso se crean las diferentes
  estructuras que componen el IC
• De forma simplificada consiste en
• Se cubre la oblea con un material orgánico
  sensible a la luz
• Se exponen a la luz aquellas zonas deseadas
  mediante una máscara
• Las zonas expuestas se eliminan fácilmente
  mediante un ácido
• Las estructuras restantes sirven para delimitar
  áreas donde queremos eliminar óxido, metalizar,
  crear difusiones, etc...

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Ejemplo Creación del pozo n

• Se parte de la oblea con sustrato p

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Ejemplo Creación del pozo n

• Crecimiento de SiO2 (con O2 o H2O en un horno de
  oxidación)

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Ejemplo Creación del pozo n

• Se añade una capa de resina fotosensible

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Ejemplo Creación del pozo n

• Mediante una máscara se aplica luz ultravioleta
  sobre la resina (la resina se polimeriza en
  contacto con la luz)

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Ejemplo Creación del pozo n

• Se elimina la resina polimerizada mediante un
  ácido

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Ejemplo Creación del pozo n

• Se elimina el óxido descubierto con un ácido

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Ejemplo Creación del pozo n

• Se elimina la resina sobrante mediante un ácido

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Ejemplo Creación del pozo n

• Mediante difusión o implantación iónica se dopa
  el silicio descubierto con impurezas n formándose
  el pozo n.

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Ejemplo Creación del pozo n

• Se retira el óxido de silicio

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Creación de estructuras

• Para la creación de estructuras mediante el
  proceso fotolitográfico, lo único que se necesita
  son las máscaras.
• Máscaras de los pozos n
• Máscaras de las difusiones
• Máscaras del polisilicio
• Etc...
• Los programas de layout editores de máscaras

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Secuencia de creación de transistores

• La creación de pozos n es el primer paso.
• Lo siguiente es la creación de las puertas de los
  transistores.
• Se hace crecer un óxido fino de alta calidad y se
  recubre todo con una capa de polysilicio

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Secuencia de creación de transistores

• Usando la máscara de polisilicio se elimina el
  polisilicio no deseado y el óxido de puerta de
  debajo (la máscara del polisilicio sirve para el
  óxido de puerta)

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Secuencia de creación de transistores

• Usando la máscara de difusiones n, se crean las
  difusiones de los transistores (para el
  transistor nMOS, no hacen falta dos máscaras, el
  polisilicio impide el paso del material dopante)

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Secuencia de creación de transistores

• Usando la máscara de difusiones p, se crean las
  difusiones de los transistores (para el
  transistor pMOS, no hacen falta dos máscaras, el
  polisilicio impide el paso del material dopante)

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Secuencia de creación de transistores

• Se cubre todo con óxido grueso

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Secuencia de creación de transistores

• Con la máscara de los contactos se crean agujeros
  en el óxido

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Secuencia de creación de transistores

• Se recubre todo con metal (Aluminio generalmente)

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Secuencia de creación de transistores

• Mediante la máscara de metal, se quita de donde
  no haga falta

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Secuencia de creación de transistores

• Dependiendo de la tecnología pueden existir
  varios niveles de metal metal 1, metal 2, metal
  3,...
• Cuanto más grande es el número del metal, más
  lejos estará situado del sustrato.
• También pueden existir varios niveles de
  polisilicio

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Reglas de diseño

• Las da el fabricante (un fichero con formato
  estándar)
• Son dependientes de la tecnología empleada
• El cumplimiento de las reglas de diseño asegura
  el funcionamiento del circuito incluso con los
  errores (tolerancias) de fabricación.
• Desajuste en el posicionamiento de las máscaras
• Suciedad
• Tolerancias de los procesos
• Ejemplos
• Anchura mínima de una pista de metal 1
• Separación mínima entre dos difusiones para
  asegurar que no entren en contacto tras la
  fabricación.
• Tamaño mínimo de la puerta de un transistor
• Dichas dimensiones pueden venir expresadas en
  micras, o en lambdas dependiendo de si la
  tecnología es escalable o no.

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Microwind

• Es un editor de máscaras
• Permite el chequeo de las reglas de diseño
• Permite la extracción de la netlist del circuito
  en formato SPICE
• Capacidades parásitas debido al layout
• Áreas de drenadores y fuentes de los transistores

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Microwind

• Recomendaciones muy importantes
• Usar la versión de la página web
• Cargar el fichero de reglas de diseño adecuado
  tsmc2p4m.rul
• En todo momento debe aparecer el texto TSMC
  2P4M en la parte inferior
• Chequear las reglas de diseño en cada paso
• Guardar en cada paso realizado
• Optimizar el área del layout como?
• Intentando pegar al máximo los elementos
  cumpliendo las reglas de diseño
• Método de prueba y error

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Microwind

• La paleta
• En vez de seleccionar colores para pintar, se
  seleccionan capas
• Empezando por la fila superior podemos encontrar
• Los contactos, compuestos de 3 elementos
• La capa inferior a conectar
• La capa superior
• La vía (el agujero en el óxido)
• Transistores, resistencias, capacidades, etc..
• Las etiquetas definiciones lógicas de señales,
  útiles para la extracción de la netlist.
• Las capas, representadas mediante un color.
• Las casillas marcadas junto a las capas indican
• Si está marcada se puede trabajar con esta capa
  (ver, dibujar, borrar,...)
• Si no está marcada La capa está protegida,
  aparecerá como transparente en el layout

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Microwind

• Barra de botones
• Abrir un diseño
• Guardar un diseño
• Pintar
• Borrar
• Copiar
• Estirar o Mover
• Zoom
• Zoom al diseño completo
• Medir
• Chequear reglas de diseño

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Microwind

• Generación de transistores
• Selección del tipo (n o p)
• Selección de W y L
• Genrate Device

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Comentarios Finales

• Los contactos sólo se usan para conectar capas
  que están a diferentes niveles.
• El sustrato P es el fondo de color negro.
• Para la realización de la práctica
• Para el paso 1
• Los transistores P del esquemático tienen su
  sustrato conectado a la misma tensión
• El sustrato de un transistor P es su pozo n, por
  lo tanto ambos pozos deben estar conectados Los
  pozos deben estar pegados o solapados
• Para el paso 3
• Los transistores que genera Microwind vienen con
  las difusiones conectadas a metal 1 no hace
  falta añadir ningún contacto

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Comentarios Finales

• Cuestionario
• Q1 No redondeéis los resultados
• Q2 El layout de los transistores es simétrico,
  al extraer la netlist MICROWIND puede haber
  elegido como drenador o fuente cualquiera de las
  dos difusiones.
• Q3
• El área activa es el sumatorio de WL de cada
  transistor
• El área real es el área de un rectángulo
  imaginario que engloba TODO el layout.