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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). El diagrama de la Figura 9.1.1 muestra el proceso de crecimiento de una oblea del semiconductor correspondiente a partir de los materiales iniciales


Figura 9.1.1: Esquema del proceso de fabricación de unaoblea.
Los materiales de partida (SiO2 para el silicio y galio y arsénico para el GaAs) son tratados químicamente para obtener un semiconductor policristalino de gran pureza. Partiendo de este semiconductor de alta pureza, se crecen, por diferentes técnicas lingotes de semiconductor monocristalino de determinado diámetro. Finalmente estos lingotes se cortan en obleas que son limpiadas y pulidas.Sobre estas superficies especulares se fabricarán por último los diferentes dispositivos electrónicos. Una tecnología relacionada muy de cerca con el crecimiento de cristales, involucra el crecimiento de capas delgadas de semiconductor monocristalino. Esta técnica se denomina Epitaxia. El crecimiento epitaxial permite controlar los perfiles de dopado, optimizando así la fabricación de dispositivos ycircuitos.
 







9.2   Crecimiento en volumen. Obtención de Si cristalino.

9.2.1          Obtención de Si puro.
El material inicial para el crecimiento de lingotes de silicio es una forma relativamente pura de arena (SiO2) denominada cuarcita. La cuarcita se coloca en un horno junto con varias formas de carbón (hulla, coke, astillas de madera), dando lugar a la reacción siguiente:SiC(solido) + SiO2(solido)    Si(solido) + 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 lo tanto es necesario un proceso de purificación. Para llevar a cabo tal proceso, el silicio es pulverizado y tratado con cloruro dehidrógeno para obtener triclorosilano (SiHCl3 ), de acuerdo con la reacción:
 
SiO2(solido) + 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 triclorosilano se reduce con hidrógeno para obtener silicio electrónico (EGS : Electronic Grade Silicon):
 SiHCl3(gas) + H2(gas)  Si(solido) + 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) y es el elemento de partida para crear silicio monocristalino.
 9.2.2          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: el método de Czochralski y el método de Zona Flotante
Metodo de Czochralski
El método de Czochralski es el método empleado en el 90%de los casos para obtener silicio monocristalino a partir de silicio policristalino (EGS). Este método utiliza para el crecimiento de cristales un aparato denominado "puller", que consta de tres componentes principales como muestra la Figura 9.2.1

Figura 9.2.1 Puller de Czochralski. Fuente:Libro VLSI Technology de Sze
(a) Un horno, que incluye un crisol de sílice fundida (SiO2 ), un soporte degrafito, un mecanismo de rotación (en el sentido de las agujas del reloj) un calentador y una fuente de alimentación.
(b) Mecanismo de crecimiento del cristal, que incluye un soporte para la semilla (muestra patrón del cristal que se pretende crecer) y un mecanismo de rotación (en el sentido contrario al de las agujas del reloj).
(c) Mecanismo del control de ambiente. Incluye una...