Fabricacion de circuitos integrados

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Fabricación de un circuito integrado
En los circuitos integrados monolíticos todos los componentes se encuentran en la misma pastilla de silicio. Los procesos empleados en la fabricación de tales circuitos son:
* Preparación de la oblea
* Crecimiento epitaxial
* Difusión de impurezas
* Implantación de iones
* Crecimiento de oxido
* Fotolitografia
* Grabado químico* Mentalización
Crecimiento del cristal del sustrato-Producción de la oblea
Un fino cristal de silicio se sujeta a una varilla y se introduce en un crisol con silicio fundido al que se han añadido impurezas acpetadoras. Se retira muy lentamente en condiciones muy controladas la varilla del silicio fundido a medida que se va extrayendo va formando un lingote de cristal tipo p de unos 10 cm dediámetro y 50 cm de longitud. Esta técnica se conoce como proceso Czochralski o simplemente CZ.

Se corta el lingote en obleas circulares de 0.2 mm que formaran el sustrato sobre el que se fabricaran todos los componentes integrados.

Una de las caras se lapida y pule para eliminar las imperfecciones superficiales.

Para fabricar un circuito integrado monolítico se parte de una lamina desilicio denominada oblea. En la actualidad las obleas empleadas tienen un diámetro de 20 cm o mas, y su espesor es de 0.2 a 0.3 mm, divididas de 100 a 8000 partes rectangulares de 1 a 10mm de lado (chips).

Fotografía ampliada de una oblea
Crecimiento epitaxial
H2 atmosfera 1000°C

El proceso epitaxial se emplea para crecer una capa de silicio como ampliación de la existente en la oblea delmismo material. Este crecimiento se lleva a cabo en un horno especial llamado reactor donde se introducen las obleas de silicio calentándolas de 900 a 1000°C. En la tecnología corriente, como origen del silicio a recrecer se emplea la reducción de los gases SiH4 o SiCl4. El primero de estos tiene la ventaja de necesitar menos temperatura y tener un crecimiento más rápido que el segundo. Lareacción química para la reducción es del SiH4 es
SiH4 Si + 2H2
1200°C
Y para SiCl4 es
SiCl4+2H2 Si +4HCl
Puesto que es necesario producir capas epitaxiales con una concentración dada de impurezas, hay que introducir impurezas tales como PH3 para el dopado tipo n, o B2H6 para el tipo p en los vapores deSiCl4-hidrogeno. Existe un aparato para el control preciso y fácil de impurezas que consiste en un tubo largo de cuarzo envuelto por una bobina de inducción a radiofrecuencia. Las obleas se colocan en un soporte de grafito y este se introduce en el reactor calentando el grafito hasta unos 1200°C.un puesto de control introduce y elimina los gases requeridos para acrecentar debidamente las capas epitaxiales. Conesto se puede formar una unión abrupta pn.

Representación esquemática de una unión tipo np
Oxidación
Para el éxito de la tecnología del silicio se requiere habilidad para depositar una capa de oxido sobre la superficie del silicio. Las características sobresalientes del SiO2 (dióxido de silicio) como pasivador son:
* Puede eliminarse con ácido fluorhídrico HF al que la capa desilicio es resistente.
* Las impurezas empleadas para el dopado del silicio no penetran en el dióxido SiO2. Así cuando se emplean técnicas de enmascaramiento se puede lograr un dopado selectivo de zonas específicas del chip.
La oxidación térmica del silicio se lleva a cabo en presencia de vapor de agua. La reacción química es:

Si + 2H2O SiO2 +2H2
800°- 900°
El espesor de las capas de oxido esta generalmente comprendida entre 0,02 y 2 µm, y el valor que se elija depende de la barrera para evitar la penetración del dopante. En el espesor de la capa de SiO2 influyen varios factores tales como la temperatura del proceso, la concentración de impurezas y el tiempo de procesado. A menudo se emplea como pasivador el nitruro de silicio Si3N4,...
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