� Los dispositivos electrónicos forman parte de sistemas de comunicación y de información, de productos digitales de consumo, de sistemas industriales y de potencia, de servicios financieros, etc.� Microprocesadores. Procesadores de alto rendimiento RISC� Microcontroladores� Aplicaciones de radiofrecuencia (RF: teléfonos de comunicaciones móbiles en bandas de GSM y DECT) � Amplificadores, comparadores, swiches, etc.� Memorias RAM, ROM, EPROM� Sensores, radares � Comunicaciones sin hiloslocales: bluetooth, � Módulos de interconexión ópticos:
� LEDs� Láseres� Fotodectectores
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
Introducción
BandasC/Ku/Ka
Banda L
BandasC/Ku/Ka
BandasC/Ku/Ka
BandasC/Ku/Ka
Banda L
Banda L
Banda L Banda L
� La evolución de la microelectrónica: microcomputadores, su aplicaciones en la medicina, en robótica, en sensores para la industria (automovilistica, por ejemplo), internet, redes locales, teléfonos móviles, sistemas de posicionamiento (GPS), etc. ha cambiado nuestro estilo de vida.
�Todos ellos basados en dispositivos como diodos (uniones p-n), transistores bipolares (BJT) y MOSFET principalmente.
La gráfica muestra la evolución de transistores por chip durante los últimos 30 años.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
Introducción
� Sala blanca: � Las operaciones de fabricación de un dispositivo se realizan
mediante sistemas robóticos controlados por ordenador en “salas blancas” (miles de veces más limpias que los quirófanos de hospitales).
� Los trabajadores están vestidos con trajes especiales que cubren a cada persona de la cabeza a los pies.
� El aire se filtra continuamente y se hace recircular para mantener el nivel de partículas de polvo en un mínimo absoluto.
� La temperatura, la presión barométrica y la humedad se controlan de modo que los circuitos microscópicos totalmente protegidos.
� Una única partícula de humo podría destruir un proceso de crecimiento de un “chip”.
Entrando en una sala blanca
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
Introducción
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
Indice
� Vamos a estudiar los diferentes pasos de fabricación de un CI
I. Crecimiento, Preparación y Caracterización de Materiales Electrónicos
II. Crecimiento Epitaxial de Capas III. Formación, Deposición y Propiedades de Capas Aislantes y Conductoras
IV. Procesos de Dopado en Semiconductores.
V. Procesos de Grabado y Litografía VI. Pruebas de Test
VII. Montaje y Empaquetado.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
Procesos de fabricación de un chip
Sección transversal de un HBT de IBM en un proceso BiCMOS
� La estructura de un chip es compleja (en su superficie y en su composición interna tridimensional).
� El chip se fabrica mediante muchas capas, cada una de las cuáles es diseñada de manera detallada. Por ejemplo:� Podemos crecer una capa fina de Si02 (material aislante) en la superficie de la oblea.� Sobre las oblea se deposita una capa protectora de polisilicio para evitar el contacto atmosférico (contra la
humedad, corrosión, contaminación, etc).
� El proceso de fabricación consiste en formar esta secuencia de capas de manera precisa.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
Procesos de fabricación de un chip
Sección transversal de un HBT de IBM en un proceso BiCMOS
� La fabricación del chip, tiene lugar mediante ciclo de un número de pasos llevados a cabo incluso hasta 20 veces.
� Se fabrican simultáneamente muchos chips sobre una oblea (de Si) a la que se le aplica una cubierta sensible a la luz, resina (1)
� Cada ciclo “fotolitográfico” comienza con un diseño diferente que se proyecta de manera repetida sobre la oblea (2)
� En cada lugar donde recae la imagen, se realiza un chip.
� La resina fotosensible se retira (3), y las áreas expuestas a la luz se “graban” mediante gases (3).
� Estas regiones se “impurifican” creando transistores (5)
� Los transistores se conectan en ciclos sucesivos añadiendo capas de metales y de aislantes (6).
� Comparación de propiedades de diferentes semiconductores. Principalmente Si y GaAs
� Obtención de Si y GaAs de alta pureza: grado electrónico� Crecimiento de lingote de semiconductor:
� Método de Czochralski (CZ) � Método de la zona fundida (Floating Zone, FZ).
� Caracterización, corte y preparación de la superficie de la oblea :� Torneado, cortado, pulido, inspección de defectos
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
I. Crecimiento, Preparación y Caracterización de Materiales Electrónicos
Obleas o wafers semiconductoras, preparadas para la fabricación de
dispositivos
� Utilidad y características del crecimiento epitaxial de semiconductores cristalinos.
� Técnicas de crecimiento epitaxial: � LPE� VPE, MOCVD� MBE: Reactor MBE
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
II. Crecimiento epitaxial de capas
Reactor MBE
Estudiaremos:� Formación de capas de aislantes nativas en el semiconductor: Si02
(capas de óxido que separan áreas conductoras unas de otras)� Deposición de capas dieléctricas (típicamente, Si02 y Si2N3), de
polisilicio y conductoras. � Métodos de deposición de capas: MBE, CVD, sputtering
� Realización de las metalizaciones y de los contactos (típicamente Al, Au, Pt, Ag) ⇒ contactos óhmicos y rectificadores).
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
III. Formación de Capas Aislantes y Conductoras
Fotografía SEM de una matriz de líneas de metalización (rosas, verdes blancas y amarillas ) que realizan las interconexiones en una memoria RAM (varias celdas de memoria). El óxido aislante ha sido retirado. Gris (bajo metalizaciones es el Si).
Metalizaciones: Autopistas minúsculas� Finalmente, se añaden las delgadas capas metálicas y de polisilicio (interconexiones entre los transistores
individuales y entre otros dispositivos). Algunos chips contienen más de seis capas de cables de interconexión uniendo mas de 4 millones de circuitos.
� Concepto y utilidad de los procesos de dopado� Áreas de las obleas seleccionadas mediante diseños detallados (realizados
de modo litográfico) pueden ser modificadas para ser más conductores añadiendo cierta cantidad de impurezas (dopantes).� Difusión � Implantación iónica. � Ventajas e inconvenientes de estos dos métodos.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
IV. Procesos de dopado en Semiconductores
� Utilidad y aplicaciones del grabado seco y húmedo. � Proceso litográfico: realización de máscaras y
resinas. � Litografía óptica y de electrones.
� Como imprimir un libro en miniatura
� Los diseños son creados en las capas de Si02 utilizando una técnica de impresión denominada “fotolitografía”.
� Una capa fina de polímero sensible a la iluminación (llamado resina) se aplica sobre el Si02.
� Se proyecta luz ultravioleta a través de una mascara de cristal tan fina que se proyecta la imagen de la máscara sobre la resina.
� La resina que no ha sido expuesta a la luz se puede lavar mediante disolventes. También se elimina el Si02
protector mediante diferentes técnicas de grabado para prepararlo para el siguiente paso en el proceso.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
V. Procesos de grabado y litografía
� En cada uno de los pasos del proceso, las obleas son minuciosamente examinadas con un equipo diseñado especialmente y controlado por ordenador, algunas de las medidas tienen lugar a escala atómica.
� Cuando se completa el proceso de metalización, todos los chips de la oblea son de nuevo analizados.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
VI. Pruebas de test
� Los chips que pasan los rigurosos test eléctricos son entonces cortados de la oblea mediante sierras especiales de diamante y montados en empaquetados metálicos o plásticos especiales denominados “módulos”. Estos módulos son de nuevo comprobados.
� Materiales del substrato. � Montaje del chip sobre la estructura: leadframe
� Conexiones eléctricas. � Tipos de empaquetado. � Circuitos híbridos y placas de circuitos impresos.
Tema 1. Tecnología y Fabricación de CIs
VII. Montaje y empaquetado
Top Related