Fabricacion De C.I

Fabricación de los circuitos integrados

Un circuito integrado esta formado por un monocristal de silicio de superficie normalmente comprendida entre 1 y 10 mm de lado, que contiene elementos activos y pasivos.

Tecnologia de Fabricacion

La fabricación de circuitos integrados a grande escala se explica a través de un procedimiento VLSI (por sus siglas en inglés) con silicio estándar. Se presentan las características de los dispositivos disponibles en tecnologías de la fabricación CMOS y BiCMOS, donde se analizarán los aspectos de diseño de los circuitos integrados que son distintos a los del diseño de circuitos discretos. Por consiguiente, entender las características del dispositivo es esencial al diseñar buenos VLSI a la medida o circuitos integrados para aplicaciones específicas. Este método considera solo tecnologías que se basan en el silicio; ya que es el material más popular, gracias a que posee una amplia variedad de compromisos costo desempeño. Desarrollos recientes en tecnologías de SiGe y silicio, sometido a esfuerzo, reforzarán aún más la posición de los procesos de fabricación que se basan en este elemento en la industria microelectrónica en los años venideros.

El silicio es un elemento abundante que existe naturalmente en forma de arena. Puede ser refinado por medio de técnicas bien establecidas de purificación y crecimiento de cristales. El silicio también exhibe propiedades físicas apropiadas para la fabricación de dispositivos activos con buenas características eléctricas, además es fácil de oxidar para formar un excelente aislante SiO2 (vidrio). Este óxido nativo es útil para construir condensadores y MOSFET. También sirve como barrera de protección contra la difusión de impurezas indeseables hacia el mineral adyacente de silicio de alta pureza. Esta propiedad de protección del oxido de silicio permite que sus propiedades eléctricas sean fáciles de modificar en áreas predefinidas. Por consiguiente, se pueden construir elementos activos y pasivos en la misma pieza material (o sustrato). Entonces los componentes pueden interconectarse con capas de metal (similares a las que se utilizan en las tarjetas de circuito impreso) para formar el llamado circuito integrado monolítico, que es en esencia una pieza única de metal.

Pasos Generales de Fabricacion de un Circuito Integrado formado por silicio como componente activo

Los pasos de fabricación básica se pueden realizar muchas veces, en diferentes combinaciones y en diferentes condiciones de procedimiento durante un turno de fabricación completo.

• Preparacion de la Oblea

El material inicial para los circuitos integrados modernos es el Silicio de muy alta pureza, donde adquiere la forma de un cilindro sólido de color gris acero de 10 a 30 cm de diámetro y puede ser de 1m a 2m de longitud (Figura 1). Este cristal se rebana para producir obleas circulares de 400um a 600um de espesor, (1um es igual a 1x10-6 metros). Después, se alisa la pieza hasta obtener un acabado de espejo, a partir de técnicas de pulimento químicas y mecánicas. Las propiedades eléctricas y mecánicas de la oblea dependen de la orientación de los planos cristalinos, concentración e impurezas existentes. Para lograr tener mayor resistividad, se necesita alterar las propiedades eléctricas del Silicio a partir de un proceso conocido como dopaje. Una oblea de silicio tipo n excesivamente impurificado (baja resistividad) sería designada como material n+, mientras que una región levemente impurificada se designaría n-.

• Oxidación

Se refiere al proceso químico de reacción del Silicio con el Oxígeno para formar Dióxido de Silicio (SiO2). Para acelerar dicha reacción se necesitan de hornos ultralimpios especiales de alta temperatura. El Oxígeno que se utiliza en la reacción se introduce como un gas de alta pureza (proceso de “oxidación seca”) o como vapor (“oxidación húmeda”). La Oxidación húmeda tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque la oxidación seca produce mejores características eléctricas. Su constante dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar para fabricar excelentes condensadores. El Dióxido de Silicio es una película delgada, transparente y su superficie es altamente reflejante. Si se ilumina con luz blanca una oblea oxidada la interferencia constructiva y destructiva hará que ciertos colores se reflejen y con base en el color de la superficie de la oblea se puede deducir el espesor de la capa de Óxido.

• Difusión

Es el proceso mediante el cual los átomos se mueven de una región de alta concentración a una de baja a través del cristal semiconductor. En el proceso de manufactura la difusión es un método mediante el cual se introducen átomos de impurezas en el Silicio para cambiar su resistividad; por lo tanto, para acelerar el proceso de difusión de impurezas se realiza a altas temperaturas (1000 a 1200 °C), esto para obtener el perfil de dopaje deseado. Las impurezas más comunes utilizadas como contaminantes son el Boro (tipo p), el Fósforo (tipo n) y el Arsénico (tipo n). Si la concentración de la impureza es excesivamente fuerte, la capa difundida también puede utilizarse como conductor.

• Implantación de Iones

Es otro método que se utiliza para introducir átomos de impurezas en el cristal semiconductor. Un implantador de iones produce iones del contaminante deseado, los acelera mediante un campo eléctrico y les permite chocar contra la superficie del semiconductor. La cantidad de iones que se implantan puede controlarse al variar la corriente del haz (flujo de iones). Este proceso se utiliza normalmente cuando el control preciso del perfil del dopaje es esencial para la operación del dispositivo.

• Deposición por medio de vapor quimico

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