Tecnologías de fabricación de circuitos integrados

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Tema 1 Tecnología de Fabricación de CI .
1.1 Introducción. Obtención de obleas para circuitos integrados. 1.1.1 Purificación del substrato 1.1.2 Crecimiento en volumen 1.1.3 Cortado, limpiado y pulido 1.2 Tecnología planar de silicio: Procesos básicos para la fabricación de circuitos digitales. 1.2.1 Proceso de Oxidación térmica. 1.2.2 Proceso de litografía y grabado 1.2.3 Impurificación(adición de dopantes) 1.2.4 Formación de capas delgadas (Deposiciones y Epitaxia) 1.3 Secuencia de fabricación de un CMOS pozo n 1.4 Escalas de integración: LSI, VLSI, ULSI.

1.1

Introducción. Obtención de obleas para circuitos integrados. (Unidad de aprendizaje 1)

En este tema estudiaremos como se hace un Circuito Integrado (C.I). La tecnología usada en la fabricación de un Chip se llamatecnología planar esta permite una gran productividad. Veremos los principales procesos de la tecnología planar y como esta se aplica para la construcción de un circuito CMOS, circuito fundamental de la electrónica digital.

Figura 1.1.1: Chips fabricados en una oblea de silicio Fuente: http://sharif.edu/~hessabi/Adv_VLSI/ slides/PROBETES.HTM

El primer paso de la producción de un C.I. es laobtención de una oblea de material semiconductor con estructura cristalina. Los semiconductores más importantes para la fabricación tanto de dispositivos discretos como de circuitos integrados son, con diferencia, el Silicio (Si) y el Arseniuro de Galio (GaAs). Los procesos que se siguen para conseguir una oblea semiconductora a partir de la materia prima son los siguientes: 1) Purificación del substratomediante tratamiento químico 2) Crecimiento en volumen del cristal 3) Corte, limpiado y pulido de obleas.

Figura 1.1.2: Pasos para fabricación de una oblea

la

Nos centraremos en explicar el proceso de fabricación de una oblea de Si.

1.1.1

Purificación del substrato (obtención de Si puro) (UA 2)

Se parte de la cuarcita (SiO2) forma relativamente pura de arena. Esta se coloca en unhorno junto con varias formas de carbón (hulla, coke, astillas de madera), dando lugar a la reacción siguiente: SiC(sólido) + SiO2(sólido) → Si(sólido) + SiO(gas) + CO(gas) Esta reacción produce silicio metalúrgico (MGS) con una pureza del 98%. Este silicio no es todavía lo suficientemente puro para poder utilizarlo en la fabricación de circuitos electrónicos. Por tanto es necesario un proceso depurificación. Para llevar a cabo tal proceso, el silicio es pulverizado y tratado con cloruro de hidrógeno para obtener triclorosilano (SiHCl3 ), de acuerdo con la reacción: SiO2(sólido) + 3HCl(gas) → SiHCl3(gas) + H2(gas) A temperatura ambiente el triclorosilano es un líquido. La destilación fraccionada de este líquido permite eliminar las impurezas indeseadas. A continuación, el triclorosilanose reduce con hidrógeno para obtener silicio electrónico (EGS : Electronic Grade Silicon): SiHCl3(gas) + H2(gas) → Si(sólido) + 3HCl(gas) Esta reacción tiene lugar en un reactor que contiene una barra de silicio caliente que sirve para que el silicio electrónico se deposite sobre ella. El EGS es un silicio policristalino de alta pureza (concentración de impurezas en una parte por mil millones) yes el elemento de partida para crear silicio monocristalino. Clasificación un material sólido según su ordenación atómica: (a) (b) (c) Estructura cristalina Estructura amorfa Estructura policristalina

La estructura cristalina (a) y la amorfa (b) son ilustradas con una vista microscópica de sus átomos, mientras que la estructura policristalina (c) se muestra de una forma más macroscópica con suspequeños cristales con distinta orientación pegados unos con otros

1.1.2

Crecimiento en volumen

Una vez que se ha conseguido silicio de alta pureza o EGS (Electronic grade Silicon). Para la fabricación de un CI se requiere Silicio con estructura cristalina. Para conseguir un cristal de Si se pueden utilizar varias técnicas. Las más importantes son: a) El método de Czochralski b) El...
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