UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA “LA SAPIENZA”

Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica Specializzazione Tecnologie Elettroniche per le Comunicazioni

“Analisi e Progetto di un Sistema Radar Veicolare SRR in Tecnologia CMOS 90 nm”

Relatore: Chiar.mo Prof. Fabrizio Palma

Correlatore: Ing. Giuseppe Gramegna

Laureando: Vezio Malandruccolo

ANNO ACCADEMICO 2003-2004

Tesi di Laurea

7.10 Introduzione alla Tecnologia ST 90 nm

La piattaforma 90 nm costituisce uno dei più recenti processi tecnologici ST. Lo studio di

fattibilità condotto sui sensori SRR risulta essere uno dei primi progetti implementati in tale

tecnologia. La disponibilità di dispositivi attivi ad elevate prestazioni ha permesso la realizzazione

di circuiti RF a frequenze coperte in passato solo da dispositivi bipolari o in arseniuro di gallio. La

possibilità di semplice integrazione, permette di affiancare nello stesso chip, la parte a

radiofrequenza e la parte digitale con il triplice vantaggio di aumentare le potenzialità di

elaborazione del segnale, di ridurre le dimensioni ed il consumo.

Il processo si basa su una piattaforma costituita da 6 a 9 livelli di metal in rame. Il processo 90

nm ed il precedente 0.13 mµ HCMOS9, si differenziano da quelli più vecchi, es. 0.18 mµ

HCMOS8, per il fatto che, oltre ad avere a disposizione un numero superiore di livelli di metal,

hanno connessioni in rame e non in alluminio. L’utilizzo del rame (conduttività 75.8 10 Sm

⋅ ) al

posto dell’alluminio (conduttività 73.6 10 Sm

⋅ ) permette di ridurre la resistenza offerta dalle

interconnessioni.

La minima distanza fra due metal adiacenti è pari a 0.14 mµ , lo spessore della metallizzazione

può essere ridotta fino a 0.14 mµ . Per limitare gli effetti dovuti alle capacità parassite fra le

connessioni, mentre il dielettrico intra-metal è stato scelto in maniera tale da avere una bassa

costante dielettrica ( 3K = ). Le caratteristiche tecnologiche del processo sono riassunte in tab. 6.7 e

vengono confrontati con i processi ST precedenti.

Dispositivi Attivi

I dispositivi MOS sono caratterizzati da una lunghezza del poly nominale di 0.1 mµ . La

riduzione delle dimensioni del canale permette a questi dispositivi di raggiungere un Tf di 115 GHz

per gli N-MOS e di 60 GHz per i P-MOS.

Si hanno a disposizione due tipi di transistor MOS

- Low Leakage (High Vt), in cui la tensione di soglia viene portata ad un valore più elevato

rispetto ai MOS standard per ridurre le perdite di corrente in applicazioni digitali

- High Performance ( Low Vt), usati per applicazioni analogiche perché hanno a disposizione

una Tf superiore. Consentono anche un miglior sfruttamento della dinamica.

Si è scelto di adoperare transistor Low Leakage nel progetto del ricevitore radar, perché questo

permette l’integrazione nello stesso chip di una grossa sezione digitale.

Anche nella scelta dello spessore dell’ossido (fig. 7.37) si hanno due possibilità

- 1.6 nm 2.2 nm per i blocchi a bassa tensione di alimentazione (1.2 V) - 5.6 nm 6.5 nm per blocchi di I/O a più alta potenza (2.5 V)

fig. 7.37: Spessore ossido

fig. 7.36: Tf e MAXf per dispositivi MOS

La scelta delle tensioni di alimentazione e stata fatta in maniera da realizzare un buon

compromesso fra affidabilità e prestazioni (tab. 6.6).

E’ possibile contattare l’elettrodo di gate da entrambi i lati. In tal modo si riduce la resistenza di

gate di circa la metà, diminuendo il rumore introdotto dal dispositivo.

Possono essere realizzati anche dispositivi bipolari a struttura laterale che vengono in genere

usati soltanto nei circuiti di polarizzazione a causa della loro bassa Tf .

Dispositivi Passivi Sono disponibili le seguenti resistenze

- Unsalicided P+ poly

- Unsalicided N+ poly

tab. 6.6: Tensioni di alimentazione

tab. 6.7: Parametri riassuntivi della tecnologia

- Salicided N+ poly

- Salicided N+ poly

Le resistenze Unsalicited P+ Poly sono le preferite per applicazioni analogiche. Con tali

resistenze si ottengono resistività dell’ordine dei 500Ω

Resistenza Min Tip Max Tolleranza % N+ Poly Un-Sil

80 110 140 27,3

P+ Poly Un-Sil

380 440 500 13,6

N+ Poly Sil

6 10 15 +50/-40

P+ Poly Sil 6 10 15 +50/-40

fig. 7.38: Resistenza Unsalicited P+ poly

tab. 6.8: Valori delle resistenze per Ω

Le capacità vengono fornite come MIM (Metal Insulator Metal) con elevato fattore di merito e

densità di 22 fFmµ

.

Le induttanze infine, sono di tipo a spirale con valori che vanno da 0.1 nH a 18 nH

fig 7.39: Fattore di merito dell’induttanza di fig. 7.38

fig. 7.39: Fattore di qualità per capacità MIM

fig. 7.38: Layout induttanza a singola spira 0.25 nH