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Universidad Abierta Interamericana Electromagnetismo y Estado Sólido II Fabricación de Semiconductores ýGiordano, Gustavo. ýPalma, Claudio R. ýTrinidad,

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1 Universidad Abierta Interamericana Electromagnetismo y Estado Sólido II Fabricación de Semiconductores ýGiordano, Gustavo. ýPalma, Claudio R. ýTrinidad, Walter

2 Fabricación de Semiconductores Introducción n El circuito integrado de silicio es un dispositivo de diminutas dimensiones constituido por millones de transistores. n El descubrimiento del efecto transistor por Schockley, Bardeen y Brattain marcó un punto de inflexión en la evolución de la electrónica. n Aparece la técnica planar en 1957 de la mano de Jean Hoerni. n Desde la aparición del primer circuito integrado, año tras año se ha ido mejorando el proceso de fabricación.

3 Fabricación de Semiconductores Introducción n El proceso que hoy en día se utiliza para construir circuitos integrados está basado en la técnica planar. n Las condiciones de fabricación de un chip son muy estrictas. n Su realización se lleva a cabo en las así conocidas salas blancas.

4 Fabricación de Semiconductores Diseño n En el caso de semiconductores, el circuito está diseñado usando técnicas de modelado de computadoras. n Se selecciona el equipo de fabricación y se determinan las condiciones de operación. Tratamiento del Cristal Silicio n El silicio es el material básico a partir del cual se construyen los circuitos integrados. Los pasos para conseguir este material (Silicio de 8 Nueves) son: 4 Reducción de SiO2. Obtenemos el Silicio en estado líquido, aunque es bastante impuro. 4 Cloración. Tras este proceso obtenemos un Silicio de 6 Nueves.

5 Fabricación de Semiconductores Tratamiento del Cristal Silicio 4 Reducción del tricloro de silano (SiHCl3). Se obtiene un Silicio de 8 Nueves, pero aún es policristalino y aún no nos sirve. 4 Método de Czochralski. El siguiente paso es cristalizar el silicio 4 Refinamiento por Zonas. En este paso se consigue un Silicio Monocristalino de gran pureza. n Una vez obtenido el Lingote de silicio se corta en obleas de unos mm de grosor. Los pasos a seguir para obtener las obleas son: 4 Torneado del Lingote. Se elige el diametro final que tendran las obleas. 4 Rectificado del Borde. 4 Corte de las obleas.

6 Fabricación de Semiconductores Tratamiento del Cristal Silicio 4 Lapping o pulido superficial de las Obleas con Abrasivos. 4 Biselado de los bordes. 4 Etching o Limpieza por Ataque Quimico 4 Pulimento Especular. Se va realizando un pulido cada más fino 4 Eliminación Quimica de Residuos. 4 Decapado Pre-epitaxial.

7 Fabricación de Semiconductores Los Primeros Estratos n Una vez que disponemos de la capa de Si puro, se van depositando sobre ella diferentes capas de materiales con una misión diferente. n La primera es un denso óxido (normalmente SiO2) que sirve de aislante eléctrico y de proteccion contra impurezas externas. Esta primera capa se logra mediante el proceso que se conoce con el nombre de Oxidación térmica o difusión térmica. n Después aplicaremos una fina capa de un material fotorresistivo, que es fundamental en el proceso de mascarado.

8 Fabricación de Semiconductores Fotolitografia n Es el proceso que consiste en grabar el circuito deseado en la oblea de silicio. Este proceso consta de varias partes: n Depositar una capa de material fotorresistivo sobre la oblea. n Iluminar ésta imponiendo un patrón con zonas opacas y transparentes entre ella y la luz, de manera que el circuito diseñado, que tiene la forma del patrón o máscara, queda grabado en la oblea. n Eliminar los restos de la capa inicial. n De esta manera disponemos ya de la oblea, con sus porciones aislantes (cubiertas de óxido) y las conductoras (las faltas de óxido).

9 Fabricación de Semiconductores Fotolitografia

10 Fabricación de Semiconductores Adición de Estratos n Posteriores pasos de litografía y grabación, se van depositando nuevo materiales en el chip. n Entre estos materiales se encuentran conductores metálicos de aluminio y tungsteno, polisilicio y otros óxidos diversos entre los cuales no falta el SiO2. n Sobre cada estrato se crea por litografiado y grabación una configuración de regiones conductoras y no conductoras. El conjunto de estas regiones definen el chip. n Pero éste aun no posee ningún dispositivo electrónico: para acabar de definir bien su funcionamiento se necesita un ajuste más fino: el dopado.

11 Fabricación de Semiconductores Dopado n Añadir impurezas químicas voluntariamente para obtener distintos comportamientos eléctricos n Semiconductores tipo P y Tipo N n Métodos utilizados Difusión Implantación iónica

12 Fabricación de Semiconductores Dopado - Difusión n Etapas del proceso Depósito de impurezas Drive-In, colocación de impurezas dentro de la oblea n Inconvenientes Difusión lateral Impresición en uniones p-n muy finas Poco control de dopaje n Consecuencias Límite en las dimensiones de trabajo Efectos que alteran la conducción

13 Fabricación de Semiconductores Dopado - Implantación iónica n Etapas del proceso Ionización, Aislamiento y separación Aceleración, Colimación y Bombardeo n Beneficios Proceso repetible Rangos de aplicación conrolados Gran control del dopaje n Consecuencias Permite dimensiones mucho mas pequeñas Conducción ampliamente controlada Necesidad de Recristalización

14 Fabricación de Semiconductores Pasos finales n Metalización Evaporación Pulverización n Eliminar defectos en la aleación n Pasivación. Vaporización de la oblea con Óxido de Silicio como aislante n Interconexiones. Aluminio como elemento de contacto eléctrico n Ensamblaje. Protección de choques y ambiente externo


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