Chips de ordenador.
¿Cómo se hacen los chips de computadora? por Jacob VanWagoner en X-Ray Visions
Es un proceso muy largo, detallado y costoso. No puedo describir todo el proceso en su totalidad, en parte debido al “secreto comercial” y en parte debido al hecho de que puede variar tanto en función de lo que se necesita. Pero cubriré lo básico.
Primero, comencemos con una sección transversal de un transistor para mostrar qué pasos son necesarios:
Sí, este es en realidad un diagrama bastante preciso para un MOSFET.Entonces … necesita el semiconductor, alguna forma de doparse, una forma de establecer y cortar aisladores, y una forma de establecer y modelar capas de metal. Dejaré de lado los matices involucrados en cada paso, pero digamos que hay expertos en cada paso individual que saben “todo” al respecto y poco más sobre el resto del proceso.
Preparación del material semiconductor:
Con la excepción del nitruro de galio, los dispositivos semiconductores deben fabricarse con material de un solo cristal para que funcionen correctamente. El procedimiento más común para obtener material monocristalino de material policristalino o amorfo de alta pureza es una modificación del proceso Czochralski:
Comience con el semiconductor policristalino fundido puro, agregue una pequeña cantidad del dopante con el que desea dopar la masa, mantenga la masa fundida cerca de su punto de congelación, baje cuidadosamente en un cristal de siembra (uno que ya es de un solo cristal) y tire lentamente subir y rotarlo. Los átomos individuales en la masa fundida se organizarán para alinearse con el cristal de siembra, lo que resulta en una gran cosa de semiconductor monocristalino. Esa cosa grande es luego pulida, cortada en obleas, y luego las obleas se pulen para que estén casi atómicamente planas.
Colocando patrones en la superficie
Todos los patrones se hacen a través de un proceso llamado Fotolitografía. Resulta que la técnica ha existido durante mucho tiempo como arte, pero resulta muy conveniente para su uso en el procesamiento semiconductor plano.
Una fotorresistencia en el procesamiento de semiconductores es una sustancia química que se adhiere a una superficie, se resiste a ser dañada o cambiada por otras sustancias químicas y sufrirá un cambio químico cuando se expone a la luz ultravioleta para que la parte expuesta (pero no la no expuesta) se disuelva cuando se coloca en otra sustancia química.El proceso de fotolitografía consiste en recubrir la superficie con el fotorresistente, alinearlo debajo de una máscara que bloqueará todo lo que no se supone que debe exponerse, irradiarlo con luz ultravioleta y disolver la parte expuesta, dejando parte de la superficie protegida y parte expuesta para que las características específicas de forma plana puedan grabarse en la superficie.
Esto tiene que hacerse en conjunto con cualquier otro proceso en la fabricación de semiconductores.
Colocación de películas aislantes
El aislante más común utilizado en los semiconductores es el dióxido de silicio (SiO2), principalmente porque crece naturalmente en el silicio cuando se expone a un calor suficiente.
Se usan muchos otros aisladores, pero no tan comúnmente como el SiO2. Hay muchas otras razones por las que el SiO2 es común, pero el “crecimiento en silicio” es probablemente el argumento más económico.Otro proceso para colocar aisladores es la deposición de vapor químico o CVD.
Inserte el gas a una temperatura suficientemente alta, y algunas reacciones químicas de la superficie depositan muy lentamente la capa aislante diseñada en capas agradables e incluso delgadas sobre la superficie de las obleas. La adición de gas Silane y oxígeno, por ejemplo, depositará una capa de dióxido de silicio que no necesita crecer en la superficie del silicio (digamos, por ejemplo, si desea otro aislante en la parte superior de un montón de capas de metal), pero las propiedades eléctricas de este método no son tan buenas como el dióxido de silicio producido térmicamente ya que el proceso agrega un montón de impurezas. Otro aislante común depositado por CVD es el nitruro de silicio, depositado mediante el uso de Silano y Nitrógeno.
Dopando la fuente y el drenaje
Hay algunos métodos diferentes para dopear el silicio en la fuente y los puntos de drenaje. Todos ellos primero requieren algún tipo de película protectora para colocarse en la oblea, como una capa de óxido con orificios que van directamente hacia el silicio. Las secciones a doparse deben estar expuestas y todo lo demás debe estar protegido.
Probablemente el método más popular de dopaje es la implantación iónica, en la que los iones del dopante se ponen a través de un acelerador para alcanzar una determinada velocidad específica, luego un haz de ellos dispara y golpea la oblea. Genial, ¿eh?
No importa qué es el dopante en este caso, ya que cualquier tipo de átomo se puede ionizar y lanzar a través de un acelerador de partículas. Cuando los iones colisionan con los átomos de silicio, disminuyen la velocidad y se detienen:
Algunos otros métodos comunes son la difusión de spin-on-glass y la difusión de gases. En el método del spin-on-glass, se deposita en la superficie de la oblea algún tipo de vidrio disuelto con una alta concentración del dopante, luego se hila para dejar solo el vidrio dopado en la superficie. Luego se pone en un horno, donde el calor hace que los dopantes se dispersen, incluida la difusión en el semiconductor.
En el método de difusión de vapor, el dopante se introduce en el horno como un gas y parte del mismo se difunde en el semiconductor.Depositando capas de metal para contactos y enrutamiento
La forma más común de depositar capas de metal es mediante evaporación (deposición).
Coloque el sustrato semiconductor en el vacío junto con un trozo del metal que desee colocar sobre el semiconductor. Calentar el metal, y cuando se derrita se evapora una pequeña cantidad. A una presión extremadamente baja, los átomos metálicos salen volando en línea recta a altas velocidades, y se adhieren a todo lo que pueden llegar viajando en línea recta.
Otro método utilizable para el back-end (una vez que ninguno de los semiconductores está expuesto) implica el uso de electrodeposición.Eso es mucho más complicado de hacer a mano, pero resulta que en un proceso automatizado es probablemente la mejor manera de obtener capas de cobre de alta calidad para circuitos integrados de alta velocidad.
Eso es lo básico.
Todo lo demás es una cuestión de preferencia, necesidad y resultados deseados. Algunos procesos funcionan mejor que otros. Algunas fundiciones realizan un proceso de “última puerta” en el que se coloca una especie de compuerta falsa, luego se trabaja alrededor de la fuente y el desagüe, luego se quita la compuerta ficticia y se construye una nueva compuerta operativa. Algunos hacen un proceso de “primera puerta” en el que la puerta está completamente hecha y luego la fuente y el drenaje se fabrican a su alrededor, teniendo cuidado de no dañar la puerta en el proceso.
Espero que esto sea suficiente para satisfacer tu curiosidad, si solo lo quisieras como un FYI, y también lo suficiente como para darte una buena ventaja para que entiendas más si quieres seguir adelante. De ninguna manera está cerca de ser completo o incluso altamente técnico. Está destinado solo a cubrir los conceptos básicos de la fabricación de semiconductores.
