MATERIAL DE CLASE FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS BÁSICAS
Institución Universitaria P!it"cnic Granc!#$ian
ESTUDI% DE CAS% & ANÁLISIS DE SISTEMAS DE PR%DUCCI'N TIP% LÍNEA DE ENSAMBLA(E La fabricación de circuitos integrados es el proceso mediante el cual se crean los circuitos integrados presentes hoy día en todos los dispositivos electrónicos. Es un proceso complejo y en el que intervienen numerosas etapas de fotolitografía y procesado químico, durante las cuales los circuitos se generan sobre una oblea hecha de materiales puramente semiconductores. El proceso se puede describir en las siguientes s iguientes etapas:
)* Pre+arac Pre+aración ión ,e !a $!ea$!ea.* %/i,ac %/i,ación ión-0* Di1u Di1usió siónn-
2* Meta!i Meta!i3ac 3ación ión-4* Ft!it Ft!it5ra 5ra16a16a7* E#+a E#+aca ca, ,--
7 )* Pre+aración ,e !a $!ea8 ! El material inicial para los circuitos integrados modernos es el silicio de muy alta pure"a, donde adquiere la forma de un cilindro sólido de color gris acero de #$ a %$ cm de di&metro y puede ser de # m a ' m de longitud. Este cristal se rebana para producir obleas circulares de ($$ )m a *$$ )m de espesor, +# )m es igual a ##$-* metros. espu/s, se alisa la pie"a hasta obtener un acabado de espejo, a partir de t/cnicas de pulimento químicas y mec&nicas. Las propiedades el/ctricas y mec&nicas de la oblea dependen de la orientación de los planos cristalinos, concentración e impure"as e0istentes. 1ara aumentar la resistividad el/ctrica del semiconductor, se necesita alterar las propiedades el/ctricas del silicio a partir de un proceso conocido como dopaje. 2 .* %/i,ación8 #$ 3e re4ere al proceso químico de reacción del silicio con el o0ígeno para formar ió0ido de 3ilicio +3i5'. 1ara acelerar dicha reacción se necesitan de hornos ultralimpios especiales de alta temperatura. El 50ígeno que se utili"a en la reacción se introduce como un gas de alta pure"a +proceso de 6o0idación seca o como vapor +6o0idación h8meda. La 50idación h8meda tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque la o0idación seca produce mejores características el/ctricas. 3u constante diel/ctrica es %.2 y se le puede utili"ar para fabricar e0celentes condensadores. El ió0ido de 3ilicio es una película delgada, transparente y su super4cie es altamente re9ejante. 3i se ilumina con lu" blanca una oblea o0idada la interferencia constructiva y destructiva har& que ciertos colores se re9ejen y con base en el color de la super4cie de la oblea se puede deducir el espesor de la capa de 0ido. ## 0* Di1usión8 #' Es el proceso mediante el cual los &tomos se mueven de una región de alta concentración a una de baja a trav/s del cristal semiconductor. En el proceso de manufactura la difusión es un m/todo mediante el cual se introducen &tomos de impure"as en el 3ilicio para cambiar su resistividad; por lo tanto, para acelerar el proceso de difusión de impure"as se reali"a a altas temperaturas +#$$$ a #'$$ <=, esto para obtener el per4l de dopaje deseado. Las impure"as m&s comunes utili"adas como contaminantes son el >oro +tipo p, el ?ósforo +tipo n y el @rs/nico +tipo n. 3i la concentración de la impure"a es e0cesivamente fuerte, la capa difundida tambi/n puede utili"arse como conductor. #% 2* Meta!i3ación8
#( 3u propósito es interconectar los diversos componentes +transistores, condensadores, etc. para formar el circuito integrado que se desea, implica la deposición inicial de un metal sobre la super4cie del 3ilicio. El espesor de la película del metal puede ser controlado por la duración de la deposición electrónica. #A 4* Ft!it5ra16a8 #* Esta t/cnica es utili"ada para de4nir la geometría de la super4cie de los diversos componentes de un circuito integrado. 1ara lograr la fotolitografía, primeramente se debe recubrir la oblea con una capa fotosensible llamada sustancia fotoendurecible que utili"a una t/cnica llamada 6de giro; despu/s de esto se utili"ar& una placa fotogr&4ca con patrones dibujados para e0poner de forma selectiva la capa fotosensible a la iluminación ultravioleta. Las &reas opuestas se ablandar&n y podr&n ser removidas con un químico, y de esta manera, producir con precisión geometrías de super4cies muy 4nas. La capa fotosensible puede utili"arse para proteger por debajo los materiales contra el ataque químico en h8medo o contra el ataque químico de iones reactivos. Este requerimiento impone restricciones mec&nicas y ópticas muy críticas en el equipo de fotolitografía. )9* 7* E#+aca,8 #! Bna oblea de 3ilicio puede contener varios cientos de circuitos o chips terminados, cada chip puede contener de #$ o m&s transistores en un &rea rectangular, típicamente entre # mm y #$ mm por lado. espu/s de haber probado los circuitos el/ctricamente se separan unos de otros +reban&ndolos y los buenos +6pastillas se montan en c&psulas +6soportes. Cormalmente se utili"an alambres de oro para conectar las terminales del paquete al patrón de metali"ación en la pastilla; por 8ltimo, se sella el paquete con pl&stico o resina epó0ica al vacío o en una atmósfera inerte. #2 '$ Los tiempos de proceso +en minutosDoblea, se encuentran en el archivo 6atos estudio de caso.0ls0. '# @ctualmente, la planta requiere fabricar 7 obleas por hora '' +equivalente a 7D*$ pie"as por minuto.