Oficina de Microfabricação: Projeto e Construção de CI's MOS

Diário - 06/02/2017 (Tempo Estimado: 10 minutos )

• Seguir as atividades previstas no cronograma
• Apresentação do Curso - Jacobus, Diniz
• Revisão de Semicondutores Jacobus
• Oxidação de campo - Diniz, Luana
• Integração de Proc. MOS-CCS + Teoria Cap. MOS - Jacobus
• Limpeza de Lâminas - Diniz, Luana
• Visita ao Lab. - Doi, Diniz
• Medidas lâminas: espessura, tipo, resistividade - Leandro, Audrey
• Modelo de oxidação e Fotogravação - Diniz

2. Resultados Alcançados

• Este é o primeiro dia de curso, e devido a uma confusão de fuso horário, eu me atrasei 15 minutos para chegar no CCSA. Ao chegar, o prof. Jacobus e Diniz apresentaram o curso, formas de avaliação, como serão realizados as medições dos dispositivos fabricados.

• Em seguida, ainda na sala de seminários, o prof. Jacobus começou a dar uma revisão sobre semicondutores. Esta apresentação durou aproximadamente 1 hora, começando desde da historia da fisica, passando por mecânica quântica até a fisica dos estados sólidos.

• Por volta das 10:30, fomos ao laboratório de fornos no CCS para o crescimento do oxidação de campo. Fomos apresentados a técnica de química Luana, a responsável em nos acompanhar nos processos químicos do labolatório.
• Prof. Diniz nos mostrou o funcionamento do forno de indução, formado por quartz, com três termopares para medição de temperatura de pontos distintos do forno, assim como, o balão de gotejamento. Umas das recomendaçõees para utilizar o forno quando o mesmo estiver ligado é não olhar diretamente para o fundo dele, pois emite raios ultravioletas que podem danificar a vista.
  • Antes de colocar as lâminas no fornos, precisa realizar uma limpeza padrão RCA completa:
1. Colocar na solução piranha em 80º por 10 minutos para retirar a gordura.
2. Solução de HF/H20 em temperatura ambiente por 10s, para remoção do óxido (SiO2) nativo da superfície do sílicio.
   1. SiO2 + 4 HF -> SiF4 + H20;
3. Depois são colocadas as lâminas no Hidróxido de Amônio para remover a gordura e os metais alcalinos do grupo IB e IIB (Cu, Ag, Zn, Cd)
4. Para dissolver os íons alcanlinos e hidróxidos de Fe, Al, Mg das superfícies dos substratos, devem ser colocadas as lâminas em HCL/H202/H20 na temperatura de 80º por 10minutos.

• Entre cada solução e outra, as lâminas precisam ser submetidas a enxágues com água deionizada, com resistividade de 18 MegaOhm. E a secagem das lâminas são feitas com jato de nitrogênio.

• O grau de impurezas destas solução é classificada como CMOS, com valor de 99.999 porce.

• Em seguida, foram colocadas as lâminas no forno, seguindo os seguintes passos:
1. Colocar a lâmina gradativamente por um tempo maior de 3 minutos com o gás de nitrogênio, para não ocorrer distorções mecânicas nas lâminas (diminuição do stress mecânico).
2. Depois deixar por 30 minutos no nitrogênio para ocorrer a ativação elétrica.
3. Inicia-se uma oxidação seca, com O2 por 10 minutos para redução da falha de empilhamento e rescontrução da rede monocristalina sem defeitos.
4. Liga-se o sistema de gotejamento de H20 por 180 minutos para aumentar a taxa de crescimento do óxido de sílicio.

• A última atividade laboratorial foi a caracterização das lâminas.
  • Precisa primeiro identificar as localizações dos chanfros, sendo identificadas as lâminas de tipo n e tipo p, com orientações (100).
  • A escolha desta orientação deve-se ao fator de ocorrer menos defeitos nos diversos processos de fabricação.
  • Com a ajuda da ponta quente foi possível identificar quais sãos as lâminas do tipo p e n.
  • Em seguida, com a ajuda do relógio comparador, mediu-se a espessura das lâminas, sendo para pMOS: t=318um e nMOS: t=306um.
  • Então, mediu-se as resistências das lâminas com a medida de quatro pontas, obtendo uma resistência (V/I) para o processo pMOS de 195 Ohm e 128 Ohms para o processo nMOS.

• Por fim, prof. Diniz apresentou os modelos de oxidação e fotogravação na sala de seminários.

• Satisfeito

Diário - 07/02/2017 (Tempo Estimado: 10 minutos )

• Integração processos: nMOS Si-poly e CMOS
• Fotogravação, fonte e dreno + etch
• Medida espessura de óxido
• Medidas de chip didático

2. Resultados Alcançados

• Pela tarde, iniciamos com as medições do chip didático fornecido pela universidade de Edinburg. Foram apresentadas os datasheets de cada chip utilizado.

• As medições de resistência serão realizadas por um multimetro de bancada.

• As medições de baixas temperaturas serão feitas com nitrogênio líquido.

• Resistência para temperaturas diferentes

  Resistores	Tamb (25º)	TLN2 (77K)
  R3	2.31kOhm	2.62kOhm (p)
  R4	34 Ohm	5.6 Ohm (met)
  R8	840 Ohm	621 Ohm (n)

• Resistência de folha para temperaturas diferentes

  Resistores	Rs (25º)	Rs (77K)
  R3	38.18Ohm	46.78 Ohm (p)
  R4	0.00334 Ohm	5.51e-3 Ohm (met)
  R8	15 Ohm	11.089 Ohm (n)

• Medição da resistência de R3 utilizando o método de 4 pontas.

  Resistor	VxI	4 pontas
  R3	2.31k	2.3k

• As curvas da mobilidade para os processos do tipo pMOS e nMOS em função da variação da temperatura.

• Em seguida, deu-se inicio a fotogravação da fonte e dreno com a ajuda de Luana.

• O processo se inicia com o espalhamento do fotoresiste AZ1518, com a ajuda de um Spinner.

• Abaixo é possível ver a mascará de sicilio.

• Por fim, é necessário alinhar a mascará com a lâmina, para depois expor a lâminar anteparada pela mascará com raios ultravioletas por 20 seg, utilizando a máquina a seguir.

• Abaixo tem-se um interferometro para medição da espessura do óxido, o inconveniente deste equipamento é a necessidade de saber os índices de refração do material que estamos querendo medir.

• Quando não souber os índices de refração, será possível medir a espessura do óxido, utilizando um elipsiometro.

• Enquanto, os outros grupos não finalizava as atividades, o prof. Diniz inicio a explicação do transistor MOSFET, enquanto realizava medições de um chip didático de transistores.

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• Satisfeito

Diário - 08/02/2017 (Tempo Estimado: 10 minutos )

• Difusão e implantação de íons - Jacobus
• Implantação de íons de S/D - Eudoxio
• Etching úmido e seco - Stanislav
• Caracterização camadas dopadas + Simul. Atlas e Athenas - Roberto
• Medidas Chip didático - Diniz, Audrey
• Medida SEM/FIB - Alfredo
• Simulação de processos - Leandro, Roberto

2. Resultados Alcançados

• Pela manhã, visitamos o implantador ionico.

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• A tarde iniciou-se as medições com o chip didático com diodos
• Medidas em chip didático - Diodo

• Fator de idealidade

  Diodo	1/Grad	eficiência
  D4	60.1	1
  D7	64	0.9
  D8	64.8

• Tensão de rompimento

  Diodo	BV[V]
  D4	-30
  D7	<-100
  D8	<-100

• Caracterização da capacitância

  Diodo	Cj0 [pF]
  D4	7.2
  D7	5.7
  D8	3.8

• Fotogeração

  Condição	Vr [V]
  Sem Luz	0V
  Com Luz	600m

• Corrente Id com Polarização reversa.

  Vd	Sem Luz	Com Luz
  0	-2.05 pA	-458.6 uA
  -4	-3.2 pA	-465.6 uA
  -7	-3.5 pA	-470 uA

• Satisfeito

Diário - 09/02/2017 (Tempo Estimado: 10 minutos )

• Seguir as atividades previstas no cronograma

• Pela manhã, ocorre a apresentação do prof. Doi sobre processos CVD (Chemical Vapor Deposition).

• Em seguida, o prof. Diniz no levou para uma segunda etapa de recozimento, depois da implantação ionica.
  • Este recozimento tem como objetivo corrigir os defeitos gerados pela impantação dos íons.

• Posteriomente, seguimos o procedimento de caracterização do transistor N3 e P4, utilizando o Keithley 4200-SCS.

• Depois do almoço, foi dada uma pausa para escrita dos resultados até o momento.

• Então, foi finalizada as medições do transistor P4.

• Por fim, prof. Diniz explicou a física da heterojunção P-N. Adicionando algumas explicações sobre as implantações de B com peso 11 com energia de 50 KeV, d=5e15cm-2 e 31p+ com E=80Kev d=7e15cm-2

• Foram feitas também medições de transistores com chip didático.

• Parcialmente satisfeito, pois pulamos a etapa de implantação Iônica, devido de um defeito da máquina e troca de transformador da concessionária.

Diário - 10/02/2017 (Tempo Estimado: 10 minutos )

• Evolução da Microeletrônica - Jacobus
• Regras de Escalamento e limites - Jacobus
• Layout do chip CCS2 - Programa Magic - Emilio
• Fotogravação porta + etching - Luana, Diniz
• Demonstração plasma, sputtering - Stanislav, Doi, Frederico
• Medida tox, xj, Rs - Audrey, Diniz

2. Resultados Alcançados

• Nesta sexta-feira, começou-se a oficina por volta das 8:35, com a apresentação de Jacobus, sobre a evolução da microeletrônica.

• A tarde, por volta das 13:30, foi dado ínicio das atividades de laboratório do dia.

• A primera atividade é extrair o parâmetro Xj, da região implantada, utilizando para isto, uma lâmina de controle.

• Em seguida, fomos ver o funcionamento do sistema sputtering para deposição.

• Logo em seguida, fomos visualizar um sistema de deposição de filme fino a plasma.

• No final do dia, inspecionamos visualmente as lâminas depois da fotogravação de porta e sua corrosão.

• Adicionadas imagens do dia 06/02

• Satisfeito

• Adicionadas imagens do segundo dia 07/02

• Houveram alguns problemas na atualizacao das imagens, estou recolocando as imagens do primeiro dia 06/02

• Recolocando imagens do segundo dia 07/02

• Colocando imagens do quarto dia (09/02)

• Adicionadas imagens do quinto dia 10/02

• Adicionadas Figuras das medições do dia 09/02 - Chip didático transistores