El Proceso de Fabricación de Circuitos Integrados: De la Oblea al Chip

Preparación de la Oblea de Silicio

Se utiliza el método de Czochralski para obtener un cristal de silicio (Si) de gran tamaño, material con el que se fabrican los circuitos integrados (CIs). Este método consiste en depositar un cristal de silicio, conocido como "semilla", en un recipiente que contiene silicio fundido. La semilla se gira y se desplaza hacia arriba para conseguir un cilindro de silicio monocristalino. Posteriormente, este cilindro se corta en rebanadas muy finas llamadas obleas (con un espesor del orden de 1 mm), que finalmente se pulen para obtener una superficie perfectamente lisa.

Oxidación

Este es un proceso necesario para obtener el dióxido de silicio (SiO₂), que se utiliza como capa aislante en los circuitos integrados. Existen dos técnicas principales de oxidación:

• Oxidación húmeda: Se logra exponiendo la oblea a vapor de agua a altas temperaturas.
• Oxidación seca: Se realiza en presencia de oxígeno puro (O₂).

La oxidación seca es un proceso más lento, pero produce una capa de óxido de mayor calidad y más efectiva como aislante.

Difusión

La difusión es el proceso empleado para crear las zonas con dopantes (impurezas añadidas intencionadamente para modificar las propiedades eléctricas del silicio). Consiste en someter la oblea a altas temperaturas en presencia de dopantes en fase líquida o gaseosa. Sin embargo, tiene el inconveniente de que la distribución de los dopantes obtenida no es completamente uniforme, ya que se produce una difusión lateral no deseada.

Implantación Iónica

Como alternativa a la difusión, la implantación iónica permite crear zonas dopadas con mayor control. El proceso consiste en bombardear la superficie de la oblea con iones de los dopantes, los cuales son acelerados mediante un campo electromagnético. El resultado es un dopado mucho más preciso, controlado y homogéneo.

Crecimiento Epitaxial

Este proceso se utiliza para hacer crecer una nueva película de silicio (Si) sobre la oblea, manteniendo la misma estructura cristalina del sustrato. Se basa en la descomposición térmica de compuestos que contienen silicio. Es importante destacar que cuando este crecimiento se realiza sobre una capa de dióxido de silicio (SiO₂), el material resultante es polisilicio en lugar de silicio monocristalino.

Metalización

La metalización es el proceso utilizado para fabricar los contactos e interconexiones metálicas que conectan los distintos componentes del circuito. El metal se deposita sobre la oblea tras exponerla a vapor del metal o bien bombardeando el circuito con iones de dicho metal, un proceso conocido como sputtering o pulverización catódica.

Fotolitografía

La fotolitografía es el mecanismo que permite aplicar los diferentes procesos (explicados anteriormente) de manera selectiva sobre la oblea. Para ello, se siguen varios pasos:

1. Se cubre la oblea con una resina fotosensible.
2. Se ilumina a través de una máscara que selecciona las zonas a proteger.
3. A continuación, se aplica un revelador que elimina la fotorresina en función de la máscara, dejando parte del circuito al descubierto.
4. Finalmente, es posible aplicar un ataque químico que elimine el dióxido de silicio (SiO₂) o el metal correspondiente que había quedado desprotegido, dejando intactas las zonas cubiertas por la fotorresina.