Fabricación de dispositivos semiconductores

La fabricación de dispositivos semiconductores es el proceso utilizado para fabricar los circuitos integrados y chips que están presentes en los dispositivos electrónicos más recientes. Este proceso industrial se pone en marcha a través de múltiples etapas, que implican el uso de tecnologías fotolitografiche, química y física, durante el cual los circuitos electrónicos se crean gradualmente en un sustrato (la llamada oblea, que consiste en un solo cristal de un semiconductor con una pureza muy alta. El silicio es el semiconductor más comúnmente utilizado, aunque en algunas aplicaciones específicas se utilizan arseniuro de galio, germanio, nitruro de galio y otros materiales. El proceso de construcción específico utilizado depende del tipo de circuito integrado que pretende fabricar. Este artículo describe el proceso típico de circuitos de alta integración como los microprocesadores en la tecnología CMOS. En circuitos de tan alta complejidad la duración de todo el proceso de fabricación (desde la oblea hasta el montaje del dispositivo final) puede superar los dos meses.

Una oblea para aplicaciones electrónicas está hecha de un lingote semiconductor de muy alta pureza (como se mencionó, en la mayoría de los casos se utiliza silicio). Este lingote, de forma aproximadamente cilíndrica, se fabrica aumentando el sustrato en forma monocristalina mediante métodos apropiados. El método más común de crecimiento es el llamado Proceso Czochralski. A lo largo de los años, las técnicas de producción se han mejorado gradualmente, permitiendo la producción de lingotes de diámetro cada vez mayor. Por ejemplo, a principios de los años noventa el diámetro máximo de los lingotes obtenibles era de unos 20 cm, mientras que en 2006 este tamaño era de 40 cm. La obtención de lingotes de gran diámetro es - como diremos más adelante-importante para lograr altas economías de escala. Después de su construcción, los lingotes se disecan en obleas (rebanadas), que actualmente (2006) tienen aproximadamente 0 espesores. 75 mm. típicamente las obleas hechas de un lingote de mayor diámetro tendrán que tener un espesor similar más alto. Con la tecnología disponible para aplicaciones comerciales en 2006, se podrían producir obleas de 30 cm de diámetro a partir de lingotes de 40 cm. La superficie de la oblea se somete a un tratamiento superficial de planarización, y las dos caras se hacen paralelas. Además, la precisión con la que una oblea de silicio se hace perfectamente plana es una de las más altas alcanzables en los procesos de procesamiento de superficies industriales. El proceso de fabricación de circuitos integrados requiere el uso de fábricas altamente especializadas y, por lo tanto, extremadamente costosas. A modo de ejemplo, en 1995 una de estas plantas nos costó 7 750 millones; en 2005 una planta industrial de frescura tecnológica comparable nos costó alrededor de 3 mil millones. La compañía de semiconductores TSMC ha invertido más de 500 millones de Dólares Taiwaneses (equivalentes a unos 14 mil millones de euros) para la construcción de su futura planta ''Fab 18'' que producirá chips a 5 nm a partir de 2020. De ello se desprende que la industria de semiconductores necesita realizar grandes economías de escala, lograr altos rendimientos de proceso y maximizar la productividad del proceso. Por lo tanto, la tendencia natural de este sector económico es hacia una alta concentración industrial.

A continuación se describen los procesos que conducen a la realización del dispositivo final de la rebanada de silicio. Los pasos involucrados se pueden agrupar en cuatro áreas principales: en la fabricación de dispositivos semiconductores, los diversos procesos se dividen en cuatro categorías generales: deposición, eliminación, litografía y modificación de propiedades eléctricas. Por ejemplo, la litografía convencional utiliza el proceso de recubrimiento por espín para recubrir la oblea con una sustancia química llamada fotorresistencia. Luego, por medio de máquinas llamadas mask - aligner o stepper, las máscaras (generalmente cuarzo) se alinean en la fotorresistencia, que se expone a la radiación ultravioleta de la longitud adecuada. La región no expuesta se elimina de la solución de desarrollo. Después del grabado y otros procesos posibles, el fotorresistente restante se elimina en seco mediante incineración en plasma (de la incineración de plasma inglesa) o simplemente disolviéndolo en un disolvente adecuado. Los chips modernos se fabrican utilizando decenas de capas de película y requieren muchos cientos de pasos de proceso. Los procesos iniciales se refieren a la formación de transistores directamente en silicio. La oblea cruda es minimizada por el crecimiento de una capa ultrapura libre de defectos cristalinos por crecimiento epitaxial. Cabe añadir que para algunos procesos particulares de fabricación de componentes lógicos avanzados, para aumentar la calidad de los transistores a fabricar, se interpone una capa de silicio - germanio entre el silicio crudo y el silicio epitaxial. Esta capa da una tensión de tracción a la estructura cristalina del silicio epitaxial aumentando su movilidad. Hay otro método llamado silicio sobre aislante (del Inglés silicio sobre aislante) que implica la interposición de una capa aislante (generalmente dióxido de silicio). El propósito de tal capa es reducir los efectos parásitos debido a la interacción entre el silicio crudo y el silicio epitaxial. Los siguientes procesos son el crecimiento del dieléctrico de la puerta, típicamente dióxido de silicio, y la conformación de la puerta, la fuente y las regiones de drenaje. Solo entonces las diversas partes son dopadas por implantación o difusión iónica. La compuerta, el desagüe y la fuente se moldean para obtener las propiedades eléctricas deseadas. En la fabricación de memorias se necesitan condensadores que se fabrican en este mismo nivel de metalización o apilados sobre transistores. Una vez fabricados todos los dispositivos es necesario fabricar los alambres metálicos, aislados del resto por un dieléctrico. Este proceso se considera el proceso final. Tradicionalmente el dieléctrico consiste en SiO 2. Actualmente se están estudiando materiales alternativos con constante dieléctrica relativa menor, como SiOC (constante dieléctrica relativa 2). 7), pero actualmente hay materiales estudiados con constante dieléctrica relativa de 2. 2. Los alambres de metal comúnmente utilizados son de aluminio. En los últimos años, el cobre se ha utilizado para evitar la electromigración. El aluminio se deposita en toda la oblea, en forma de protección con fotorresistencia. Finalmente, se retira la parte desprotegida, dejando los cables aislados, en los que posteriormente se coloca material dieléctrico. Las diversas capas metálicas están interconectadas por medio de agujeros en el material aislante (llamados en la jerga vias). La interconexión se realiza mediante una capa de tungsteno depositada con CVD, que permite un buen recubrimiento de los bordes, necesario para garantizar la continuidad eléctrica. Este enfoque se utiliza cuando el número de niveles de interconexión es pequeño (menor o igual a cuatro). El número de niveles de interconexión tiende a crecer con la complejidad y la densidad de los dispositivos. Dado que, a medida que avanza la tecnología, el factor que más influye en el tiempo de retardo tiende a ser el retardo de las líneas de transmisión, la sustitución del aluminio por cobre (metal de mayor conductividad eléctrica) sirve para reducir su incidencia. Actualmente (2006) esta innovación se ha aplicado solo en el campo de los microprocesadores, mientras que en las Dram las interconexiones siguen siendo de aluminio. La velocidad de una línea de transmisión también depende de la constante dieléctrica relativa. La mejora del rendimiento se logra mediante un proceso innovador en el que el óxido se deposita en toda la muestra, de acuerdo con un patrón dirigido a crear barreras y rutas de contacto en el mismo proceso de fabricación. La tecnología con la película de cobre conoce mejoras tecnológicas continuas. A medida que aumentan los niveles de interconexión, se requiere una técnica de planarización para garantizar una superficie plana antes de la litografía posterior. Sin ella, las capas se volverían intrincadas y se extenderían más allá de la profundidad litográfica de campo, disminuyendo su resolución. La planarización química mecánica (conocida por sus siglas CMP del inglés chemical mechanical planarization) es la técnica principal desarrollada para este propósito. A veces, en el caso de procesos de bajo nivel, se utilizan técnicas de ataque seco en su lugar.

Dispositivos semiconductores

Cambio de voltaje inducido por la carga

La alteración de tensión inducida por carga (CIVA) es una técnica de análisis e investigación de defectos y fallas utilizada en la producción de circuitos integ...

Grabador de Plasma

El grabador de plasma se utiliza en la producción de dispositivos semiconductores. El grabador de plasma genera un plasma a partir de un gas particularmente pur...

Procesos de producción para electrónica

Esta página se basa en el artículo de Wikipedia: Fuente, Autores, Licencia Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual.
This page is based on the Wikipedia article: Source, Authors, Creative Commons Attribution-ShareAlike License.
contactos
Política de privacidad , Descargos de responsabilidad