Fabricação de dispositivos semicondutores

Fabricação de dispositivos semicondutores é o processo utilizado para criar os circuitos integrados que estão presentes em todos os dispositivos eletrônicos. É uma sequência de passos múltiplos com litografia e utilização de produtos químicos durante a qual os circuitos eletrônicos são criados gradualmente em uma wafer feita de material semicondutor. Silício é quase sempre utilizado, mas vários compostos semicondutores são utilizados para aplicações especializadas.^[1]

Fabricação de dispositivos semicondutores

10 µm – 1971 6 µm - 1974 3 µm - 1977 1,5 µm - 1982 1 µm - 1985 800 nm - 1989 600 nm - 1994 350 nm - 1995 250 nm - 1997 180 nm - 1999 130 nm - 2001 90 nm - 2004 65 nm - 2006 45 nm - 2008 32 nm - 2010 22 nm - 2012 14 nm - 2014 10 nm - 2016 7 nm - 2018 5 nm - 2020

Lista de semicondutores

Progresso de miniaturização, e comparação dos tamanhos de semicondutores com alguns objetos microscópicos e comprimentos de onda de luz visíveis.

• A fabricação de dispositivos semicondutores de 7 nanômetros (7 nm) é a tecnologia seguida a de 10 nm.^[2] Em 2002, a IBM produz transistor em 6nm.^[3] Em 2003, a NEC produz transistor em 5 nm.^[4] Em 2012, a IBM produz transistor menores que 10 nm com nanotubos de carbono.^[5] Em abril de 2015 a TSMC anuncia que vai produzir transistor de 7 nm em 2017.^[6] Em julho do mesmo ano a IBM anuncia chips de 7 nanômetros funcionais, usando silício-germânio.^[7] Em maio de 2019 a AMD anuncia a nova linha de processadores Ryzen 3000 com o processo em 7nm.[7]
• A fabricação de semicondutores de 10 nanômetros (10 nm) é a tecnologia seguida a de 14 nm. A nomeação original deste nó "11 nm" vem da International Technology Roadmap para Semiconductors.^[8] Embora o roteiro tenha sido baseado na expansão continuada das CMOS, este roteiro não garante que as CMOS baseada em silício vão conseguir ir tão longe. Isto por que o comprimento da porta dielétrica para esse nó pode ser menor do que 6 nm de espessura isto exige uma monocamada ainda menor. Estimativas indicam que os transistores nestas dimensões são significativamente afetados por tunelamento quântico. Como resultado, a evolução não-silício da CMOS, utilizando materiais ultra-low-k ou nanotubos /nanofios , bem como plataformas não-CMOS, incluindo a eletrônica molecular e dispositivos de elétrons únicos , foram propostos. Assim, este nó marca o início prático da nanoeletrônica.
• A fabricação de semicondutores de 14 nanômetros (14 nm) é a tecnologia seguida a de 22 nm / (20 nm). A nomeação desta tecnologia como "14 nm" veio da International Technology Roadmap para Semiconductors. A tecnologia de 14 nm foi alcançada em dispositivos por empresas de semicondutores em 2014.^[9] A resolução de 14 nm é difícil de conseguir em um polímero, mesmo com a litografia por feixe de elétrons. Além disso, os efeitos químicos da radiação ionizante também limitar resoluções fiáveis a cerca de 30 nm, o que é também possível utilizando a tecnologia de litografia de imersão.
• A fabricação de semicondutores de 22 nanômetros (22 nm) é a tecnologia seguida a de 32 nm. A tecnologia de 22 nm foi alcançada em dispositivos por empresas de semicondutores em 2012.^[10]
• A fabricação de semicondutores de 32 nanômetros (32 nm) é a tecnologia seguida a de 45 nm. A tecnologia de 32 nm foi alcançada em dispositivos por empresas de semicondutores em 2010.^[11] Intel e AMD começaram a comercializar juntas microchips produzidos utilizando o processo de 32 nanômetros em 2010. IBM também desenvolveu dispositivos de 32 nm com high-k metal gate.
• A fabricação de semicondutores de 45 nanômetros (45 nm) é a tecnologia seguida a de 65 nm. A tecnologia de 45 nm foi alcançada em dispositivos por empresas de semicondutores em 2007.^[12]

Ver também

• Indústria de semicondutores

Referências

1. IEEE. Disponível em <http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?arnumber=6570490>. Acesso em 24 de maio de 2015. (em inglês)
2. 7 nm. Disponível em <http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1323865>. Acesso em 09 de julho de 2015. (em inglês)
3. IBM menor transistor de silício do mundoAcesso em 09 de julho de 2015.(em inglês)
4. NEC menor transistor do mundo..Acesso em 09 de julho de 2015.(em inglês)
5. «IBM: transistor com nanotubos de carbono»Acesso em 09 de julho de 2015.(em inglês)
6. TSMC 10 nm em 2016 e 7 nm em 2017Acesso em 09 de julho de 2015.(em inglês)
7. «IBM anuncia chips de 7 nanômetros; entenda como isso é revolucionário». www.tecmundo.com.br. Consultado em 19 de março de 2023
8. 10 nm. Disponível em <http://www.extremetech.com/tag/10nm>. Acesso em 09 de julho de 2015. (em inglês)
9. «Intel Technology Innovations and Breakthroughs». Intel (em inglês). Consultado em 19 de março de 2023
10. «Intel Technology Innovations and Breakthroughs». Intel (em inglês). Consultado em 19 de março de 2023
11. «Empresa Intel | Soluções para data center, Internet das coisas e...». Intel. Consultado em 19 de março de 2023
12. «Acelere seu crescimento com Intel® Partner Alliance». Intel. Consultado em 19 de março de 2023

Ligações externas

• «Site com informações sobre semicondutores» (em inglês)

• Fotolitografia

Fotolitografia em Dispositivos Semicondutores:

• Preparação do Substrato:

 * O substrato, geralmente feito silício (Si) monocristalino, Fosfeto de indio (InP), Germanio (Ge) e Arseneto de Gálio (GaAs)  , passa por um processo meticuloso de purificação para remover impurezas. O substrato é polido para garantir uma superfície lisa e uniforme, essencial para a criação precisa do circuito. Quando trabalhamos com o substrato fracionado, ou seja, não utilizamos por completo assim que retirado da embalagem é necessário realizar um procedimento de limpeza da superfície antes de iniciar o processo de fotolitografia. São utilizados os solventes Tricloretileno (TCE), acetona (100 %) e o Isopropanol (IPA) na respectiva ordem por um período de 5 minutos entre cada solução. Feito isso, é realizado a secagem com o gás de nitrogênio. 

• Revestimento da Camada Fotossensível:

  * A camada de resist é aplicada por meio de técnicas como spin coating, onde o substrato gira rapidamente, distribuindo uniformemente o resist. Este resist é uma substância polimérica sensível à luz, podendo ser positivo (tornando-se solúvel à luz) ou negativo (tornando-se insolúvel à luz), dependendo do processo específico.

• Aplicação da Máscara:

 * A máscara é uma placa transparente ou semi-transparente contendo o padrão do circuito. Ela é posicionada com precisão sobre o resist por meio de sistemas de alinhamento avançados, garantindo a correspondência perfeita entre a máscara e o padrão desejado.

• Exposição à Luz:

  * No decorrer da fase de exposição, a luz ultravioleta é precisamente direcionada para o resist por meio das áreas transparentes na máscara. As moléculas do resist expostas passam por uma transformação química, resultando em sua tornar-se solúvel (no caso do resist positivo) ou insolúvel (no caso do resist negativo) em solventes específicos. Esse processo é conduzido por um equipamento especializado denominado foto-alinhadora, responsável por realizar o alinhamento preciso da máscara e do substrato durante a exposição. Essa abordagem proporciona um controle aprimorado, garantindo uma reprodutibilidade máxima e, por conseguinte, alcançando maior resolução e precisão. Este nível de controle é particularmente crítico, dada a escala minúscula dos padrões, que estão na ordem de micrômetros. A foto-alinhadora desempenha, assim, um papel fundamental na asseguração de resultados consistentes e na obtenção de detalhes extremamente refinados na fabricação de dispositivos semicondutores.

• Desenvolvimento:

  * O substrato é imerso em um solvente apropriado, revelando as áreas onde o resist foi alterado pela luz. O processo de desenvolvimento remove seletivamente as partes do resist que foram expostas, revelando padrões precisos do circuito na camada fotossensível.

• Transferência para o Substrato:

  * As áreas agora expostas do substrato passam por etapas adicionais, como deposição de camadas condutoras (como alumínio ou cobre) ou isolantes (como dióxido de silício), conforme necessário para construir o circuito. Métodos como deposição química de vapor (CVD) e sputtering são comuns nesta fase.

• Repetição do Processo:

 * O ciclo de fotolitografia é repetido para criar camadas adicionais, empilhando componentes e interconectando-os conforme necessário. Cada repetição adiciona complexidade e funcionalidade ao dispositivo final, construindo camadas de transistores, capacitores, diodos, fotodetetores e outros elementos essenciais.

• Desafios e Inovações:

 * A constante miniaturização dos componentes eletrônicos apresenta desafios significativos, como a difração de luz em escalas nanométricas. Inovações, como a litografia de raios-X e a EUV, utilizam comprimentos de onda mais curtos para superar essas limitações, permitindo a criação de padrões ainda menores e mais complexos.

• Impacto na Tecnologia:

 * A evolução da fotolitografia é central para a revolução digital. Ao possibilitar a fabricação de dispositivos eletrônicos cada vez menores, mais rápidos e mais eficientes, ela impulsiona avanços em áreas como inteligência artificial, internet das coisas (IoT) e comunicações sem fio. A fotolitografia é um alicerce fundamental para a inovação tecnológica, permitindo o desenvolvimento contínuo de dispositivos semicondutores avançados.