Tecnología nMOS y CMOS: Fabricación, Consumo y Reglas de Diseño de Circuitos Integrados

Tecnología nMOS y CMOS: Fundamentos de Fabricación y Diseño

Consumo y Tamaño: Comparativa nMOS vs. CMOS

Los transistores nMOS tienen menos transistores (n+1) y no incluyen transistores pMOS, lo que resulta en un alto consumo (debido a su consumo estático). Por otro lado, los transistores CMOS poseen más transistores (2n), incluyendo transistores pMOS, lo que incrementa su tamaño. Sin embargo, su consumo es bajo, ya que solo se produce durante las transiciones.

Proceso de Fabricación de Transistores

Fabricación pMOS

El proceso de fabricación de transistores pMOS sigue los siguientes pasos:

1. Se parte de un sustrato tipo n.
2. Se deposita una capa de óxido fino.
3. Mediante fotolitografía, se deposita silicio policristalino.
4. Se retira el óxido fino no protegido por el polisilicio.
5. Se difunden (tras aplicar la máscara) las zonas p+ a ambos lados del polisilicio.
6. Se protege todo mediante óxido de silicio.
7. Mediante máscara, se abren huecos en el óxido de silicio para los contactos de puerta, fuente y drenador.
8. Se deposita metal en los contactos.

Fabricación nMOS

La fabricación de transistores nMOS se realiza de forma similar a los pMOS, partiendo de un sustrato tipo p y difundiendo zonas n+.

Fabricación CMOS

La fabricación de transistores CMOS combina los procesos de nMOS y pMOS, con la diferencia fundamental de que se necesitan ambos tipos de sustratos. Para ello, se utilizan dos métodos principales:

• Creación de pozo-n (n-well): Implica depositar un sustrato tipo n sobre uno tipo p.
• Método de doble pozo (twin-tub): Consiste en depositar un sustrato tipo p, una fina capa semiconductora no dopada, y luego sustratos n+ y p+.

Reglas de Diseño en la Fabricación de Circuitos Integrados

Las reglas de diseño son especificaciones de tipo geométrico que garantizan que los patrones del layout se fabricarán de forma correcta. Dichas reglas están intrínsecamente relacionadas con el proceso de fabricación, buscando obtener el mejor rendimiento posible. Su función principal es dotar de "inmunidad" frente a las tolerancias del proceso de fabricación y frente a efectos no deseados una vez que el chip se pone en funcionamiento.

Estas reglas hacen referencia a los siguientes aspectos clave:

• Pozos y difusiones (considerando la difusión lateral).
• Polisilicio (espaciado mínimo, anchura mínima, parámetro h).
• Vías y contactos (profundidad, anchura, etc.).
• Metal (espaciado mínimo, anchura mínima).
• Pads.

El valor de la tecnología es un parámetro crucial, ya que determinará todas las medidas del diseño, las cuales serán múltiplos de este valor. Por ejemplo, el ancho de canal h puede ser igual al valor de la tecnología dividido por 2 (Ejemplo: h = valor tecnología / 2). Con la aplicación de estas reglas de diseño, se configuran también otras características fundamentales del chip, como la temperatura de operación, la tensión en directa de los MOSFET, y las capacidades y resistencias internas, entre otras.