Procesos de fabricación de los circuitos integrados

Preparación de la oblea

El material inicial para los circuitos integrados modernos es el silicio de muy alta pureza, donde adquiere la forma de un cilindro sólido de color gris acero de 10 a 30 cm de diámetro y puede ser de 1 m a 2 m de longitud . Este cristal se rebana para producir obleas circulares de 400 μm a 600 μm de espesor. Después, se alisa la pieza hasta obtener un acabado de espejo, a partir de técnicas de pulimento químicas y mecánicas. Las propiedades eléctricas y mecánicas de la oblea dependen de la orientación de los planos cristalinos, concentración e impurezas existentes. 

Oxidación

Se refiere al proceso químico de reacción del silicio con el oxígeno para formar Dióxido de Silicio . Para acelerar dicha reacción se necesitan de hornos ultralimpios especiales de alta temperatura. El Oxígeno que se utiliza en la reacción se introduce como un gas de alta pureza  o como vapor. La Oxidación húmeda tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque la oxidación seca produce mejores características eléctricas. Su constante dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar para fabricar excelentes condensadores. 

Difusión

Es el proceso mediante el cual los átomos se mueven de una región de alta concentración a una de baja a través del cristal semiconductor. En el proceso de manufactura la difusión es un método mediante el cual se introducen átomos de impurezas en el Silicio para cambiar su resistencia; por lo tanto, para acelerar el proceso de difusión de impurezas se realiza a altas temperaturas, esto para obtener el perfil de dopaje deseado.

Implantación de iones

Es otro método que se utiliza para introducir átomos de impurezas en el cristal semiconductor. Un implantador de iones produce iones del contaminante deseado, los acelera mediante un campo eléctrico y les permite chocar contra la superficie del semiconductor. La cantidad de iones que se implantan puede controlarse al variar la corriente del haz. 

Deposición por medio de vapor químico

Es un proceso mediante el cual gases o vapores se hacen reaccionar químicamente, lo cual conduce a la formación de sólidos en un sustrato. Las propiedades de la capa de óxido que se deposita por medio de vapor químico no son tan buenas como las de un óxido térmicamente formado, pero es suficiente para que actúe como aislante térmico. 

Metalización

Su propósito es interconectar los diversos componentes  para formar el circuito integrado que se desea, implica la deposición inicial de un metal sobre la superficie del Silicio. El espesor de la película del metal puede ser controlado por la duración de la deposición electrónica, que normalmente es de 1 a 2 minutos.

Fotolitografía

Esta técnica es utilizada para definir la geometría de la superficie de los diversos componentes de un circuito integrado. Para lograr la fotolitografía, primeramente se debe recubrir la oblea con una capa fotosensible llamada sustancia fotoendurecible que utiliza una técnica llamada “de giro”; después de esto se utilizará una placa fotográfica con patrones dibujados para exponer de forma selectiva la capa fotosensible a la iluminación ultravioleta.

Una oblea de Silicio puede contener varios cientos de circuitos o chips terminados, cada chip puede contener de 10 o más transistores en un área rectangular, típicamente entre 1 mm y 10 mm por lado. Después de haber probado los circuitos eléctricamente se separan unos de otros  y los buenos  se montan en cápsulas . 

MOSFET

Se prefiere el MOSFET canal n al MOSFET canal p. La movilidad de la superficie de electrones del dispositivo de canal n es de dos a cuatro veces más alta a la de los huecos. Este transistor ofrece una corriente más alta y una resistencia baja; así como una transconductancia más alta. Su diseño se caracteriza por su voltaje de umbral y sus tamaños de dispositivos, en general, los MOSFET  se diseñan para que tengan voltajes de umbral de magnitud similar para un proceso particular; por lo tanto, los circuitos MOSFET son mucho más flexibles en su diseño.

Resistencias

Las regiones de distinta difusión tienen diferente resistencia. El pozo se suele utilizar para resistencias de valor medio, mientras que las difusiones n+ y p+ son útiles para resistencias de valor bajo. Cuando se diseña un valor real de una resistencia se hace a través del cambio de la longitud y el ancho de las regiones difundidas. Todas las resistencias difundidas están autoaisladas por las uniones pn polarizadas a la inversa. Sin embargo una desventaja es que están acompañadas por una sustancial capacitancia parásita de unión que los hace no muy útiles en el uso de frecuencias altas. Además, es posible que exista una variación en el valor real de la resistencia cuando se aumenta el voltaje debido a un efecto llamado JFET. 

Transistor pnp lateral

Cuando se utilizan este tipo de dispositivos electrónico, el pozo n sirve como región de base n con difusiones p+ como emisor y colector. La separación de entre las dos difusiones determina el ancho de la base. Como el perfil de dopaje no está perfeccionado para las uniones base-colector, y como el ancho de la base está limitado por la resolución de fotolitográfica mínima, el desempeño de este dispositivo no es muy bueno.

Resistores de base p y de base estrecha

La difusión en la base p se puede utilizar para formar un resistor de base p directo. Como la región de la base es, por lo general, de un nivel de dopaje relativamente bajo y con una profundidad de unión moderada, es adecuada para resistores de valor medio. Si se requiere un resistor de valor grande, se puede utilizar el de base estrecha; ya que exhiben malos coeficientes de tolerancia y temperatura pero una coincidencia relativamente buena.