ING. MECATRONICA SISTEMAS DE MANUFACTURA

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PROCESAMIENTO DE CIRCUITOS INTEGRADOSINTRODUCCIONUn circuito integrado (CI) es una serie de dispositivos electrnicos, como transistores, diodos y resistores, que se han fabricado e interconectado de manera elctrica en una pequea pastilla (chip) plana de material semiconductor. El CI se invent en 1959 y ha sido objeto de desarrollo continuo desde entonces. El silicio (Si) es el material semiconductor que ms se utiliza para los CI, debido a su combinacin de propiedades y bajo costo. Es menos comn el uso de pastillas semiconductoras con germanio (Ge) y arseniuro de galio (GaAs). Como los circuitos se fabrican de una pieza nica de material slido, se utiliza el trmino electrnico de estado slido para hacer referencia a estos dispositivos. El aspecto ms fascinante de la tecnologa microelectrnica es el gran nmero de dispositivos que pueden encapsularse en una sola pastilla pequea. Se han creado varios trminos para definir el nivel de integracin y la densidad del encapsulado, como la integracin a gran escala y la integracin a escala muy grande por sus siglas en ingls, LSI y VLSI, respectivamentePANORAMA DEL PROCESAMIENTO DE CI.Estructuralmente, un circuito integrado consiste en cientos, miles o millones de dispositivos electrnicos microscpicos que se han fabricado e interconectado elctricamente dentro de la superficie de una pastilla de silicio. Un chip, tambin llamado dado, es una placa plana rectangular o cuadrada que tiene un espesor aproximado de 0.5 mm (0.020 in) y, por lo general, entre 5 y 25 mm (0.200 y 1.0 in) por lado. Cada dispositivo electrnico (es decir, transistor, diodo, etctera) que se encuentra en la superficie del chip consiste en capas y regiones separadas con propiedades elctricas diferentes, que se combinan para realizar la funcin particular del dispositivo. Tambin se proporcionan lneas de conduccin y almohadillas para conectar elctricamente el CI a las terminales, las cuales a su vez permiten que el CI se conecte a circuitos externos. Con el fin de permitir que el CI se conecte al mundo exterior y se proteja de cualquier dao, el chip se conecta a una estructura de terminales y se encapsula en forma adecuada. Por lo general, el encapsulado se hace de cermica o plstico, los cuales proporcionan proteccin mecnica y ambiental para el chip e incluye terminales mediante las cuales el CI se conecta elctricamente a circuitos externos. Las terminales se encuentran conectadas a las almohadillas conductoras del chip, las cuales tienen acceso al CI.SECUENCIA DEL PROCESAMIENTOLa secuencia para fabricar las pastillas de CI basadas en silicio comienza con el procesamiento del mismo. En breve, el silicio con una pureza muy alta se reduce en varios pasos a partir de arena (dixido de silicio, SiO2). El silicio se acumula a partir de un material fundido hasta obtener un solo cristal slido y grande, con una longitud tpica de entre 1 y 3 m (3 y 10 ft) y un dimetro de hasta 300 mm (12 in). Este monocristal, llamado boule, se rebana en obleas delgadas, las cuales son discos de un espesor igual a 0.5 mm (0.020 in) aproximadamente.Despus de una limpieza y un acabado adecuados, las obleas estn listas para la secuencia de procesos mediante las cuales se crearn en su superficie varias caractersticas microscpicas de diversas qumicas para formar los dispositivos electrnicos y sus intraconexiones. La secuencia consiste en varios tipos de procesos; la mayora de ellos se repite muchas veces. Para producir un CI moderno, puede requerirse un total de 200 pasos. Bsicamente, el objetivo de cada paso es agregar, alterar o remover una capa de material en las regiones seleccionadas de la superficie de la oblea. A los pasos para formar estas capas en la fabricacin de un CI algunas veces se les denomina proceso planar, debido a que el procesamiento confa en que la forma geomtrica de la oblea de silicio sea un plano.

Los procesos mediante los cuales se agregan las capas incluyen tcnicas de deposicin de pelculas finas tales como la deposicin fsica de vapor y la deposicin qumica de vapor, y las capas existentes se alteran mediante la difusin e implantacin inica. Tambin se emplean tcnicas adicionales para la formacin de capas, como la oxidacin trmica. Las capas se remueven de las regiones seleccionadas a travs de tcnicas de ataque qumico, utilizando agentes qumicos (por lo general, soluciones cidas) y otras tecnologas ms avanzadas, como el ataque qumico con plasma.La adicin, alteracin y remocin de capas deben hacerse de manera selectiva; esto es, slo en algunas regiones extremadamente pequeas de la superficie de la oblea para crear los detalles de los dispositivos. Para distinguir qu regiones se afectarn con cada paso del procesamiento, se utiliza un procedimiento que implica la aplicacin de litografa. En esta tcnica, se forman mascarillas en la superficie para proteger algunas reas y permitir que otras queden expuestas al proceso particular (por ejemplo, la deposicin de pelculas o el ataque qumico). La repeticin consecutiva de estos pasos promueve la exposicin de diferentes reas en cada paso; la oblea inicial de silicio se transforma de manera gradual en muchos circuitos integrados.El procesamiento de la oblea se organiza de modo que se formen muchas superficies individuales de los chips en una sola oblea. Como la oblea es redonda con dimetros que van de 150 a 300 mm (6 a 12 in), mientras que el chip final es de slo 12 mm2 (0.20 in2), es posible producir cientos de chips de una sola oblea. Al terminar el procesamiento planar, todos los CI en la oblea se prueban visual y funcionalmente; la oblea se divide en chips individuales y los que pasan las pruebas de calidad.En resumen, puede decirse que la produccin de los circuitos integrados basados en silicio consiste en las siguientes etapas:1) el silicio puro se forma a partir del estado fundido, se convierte en lingote y despus se corta en obleas. 2) fabricacin de los circuitos integrados en la superficie de las obleas. 3) la oblea se corta en chips y se encapsula.

Procesamiento de silicio, en el cual la arena se reduce a silicio muy puro y despus se forma como obleas. Fabricacin de CI, que consiste en mltiples pasos de procesamiento que agregan, alteran y remueven capas delgadas en regiones seleccionadas para formar los dispositivos electrnicos; se utiliza la litografa para definir las regiones que van a procesarse sobre la superficie de la oblea encapsulado del CI, en el cual la oblea se prueba y se corta en dados individuales (pastillas o chip de CI), y los dados se encapsulan en forma adecuada.PASOS GENERALES DE FABRICACIN DE UN CIRCUITO INTEGRADO FORMADO POR SILICIOPREPARACIN DE LA OBLEAEl material inicial para los circuitos integrados modernos es el silicio de muy alta pureza, donde adquiere la forma de un cilindro slido de color gris acero de 10 a 30 cm de dimetro y puede ser de 1 m a 2 m de longitud. Este cristal se rebana para producir obleas circulares de 400 m a 600 m de espesor, (1 m es igual a 110-6 metros). Despus, se alisa la pieza hasta obtener un acabado de espejo, a partir de tcnicas de pulimento qumicas y mecnicas. Las propiedades elctricas y mecnicas de la oblea dependen de la orientacin de los planos cristalinos, concentracin e impurezas existentes.OXIDACINSe refiere al proceso qumico de reaccin del silicio con el oxgeno para formar Dixido de Silicio (SiO2). Para acelerar dicha reaccin se necesitan de hornos ultralimpios especiales de alta temperatura. El Oxgeno que se utiliza en la reaccin se introduce como un gas de alta pureza (proceso de oxidacin seca) o como vapor (oxidacin hmeda). La Oxidacin hmeda tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque la oxidacin seca produce mejores caractersticas elctricas. Su constante dielctrica es 3.9 y se le puede utilizar para fabricar excelentes condensadores. El Dixido de Silicio es una pelcula delgada, transparente y su superficie es altamente reflejante. Si se ilumina con luz blanca una oblea oxidada la interferencia constructiva y destructiva har 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 xido.DIFUSINEs el proceso mediante el cual los tomos se mueven de una regin de alta concentracin a una de baja a travs del cristal semiconductor. En el proceso de manufactura la difusin es un mtodo mediante el cual se introducen tomos de impurezas en el Silicio para cambiar su resistividad; por lo tanto, para acelerar el proceso de difusin de impurezas se realiza a altas temperaturas (1000 a 1200 C), esto para obtener el perfil de dopaje deseado. Las impurezas ms comunes utilizadas como contaminantes son el Boro (tipo p), el Fsforo (tipo n) y el Arsnico (tipo n). Si la concentracin de la impureza es excesivamente fuerte, la capa difundida tambin puede utilizarse como conductor.METALIZACINSu propsito es interconectar los diversos componentes (transistores, condensadores, etc.) para formar el circuito integrado que se desea, implica la deposicin inicial de un metal sobre la superficie del Silicio. El espesor de la pelcula del metal puede ser controlado por la duracin de la deposicin electrnica, que normalmente es de 1 a 2 minutos.FOTOLITOGRAFAEsta tcnica es utilizada para definir la geometra de la superficie de los diversos componentes de un circuito integrado. Para lograr la fotolitografa, primeramente se debe recubrir la oblea con una capa fotosensible llamada sustancia foto endurecible que utiliza una tcnica llamada de giro; despus de esto se utilizar una placa fotogrfica con patrones dibujados para exponer de forma selectiva la capa fotosensible a la iluminacin ultravioleta. Las reas opuestas se ablandarn y podrn ser removidas con un qumico, y de esta manera, producir con precisin geometras de superficies muy finas. La capa fotosensible puede utilizarse para proteger por debajo los materiales contra el ataque qumico en hmedo o contra el ataque qumico de iones reactivos. Este requerimiento impone restricciones mecnicas y pticas muy crticas en el equipo de fotolitografa.EMPACADOUna oblea de Silicio puede contener varios cientos de circuitos o chips terminados, cada chip puede contener de 10 o ms transistores en un rea rectangular, tpicamente entre 1 mm y 10 mm por lado. Despus de haber probado los circuitos elctricamente se separan unos de otros (rebanndolos) y los buenos (pastillas) se montan en cpsulas (soportes). Normalmente se utilizan alambres de oro para conectar las terminales del paquete al patrn de metalizacin en la pastilla; por ltimo, se sella el paquete con plstico o resina epxica al vaco o en una atmsfera inerte.

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