Nombre del estudiante:Juan Manuel Noriega TernNombre del trabajo:Fabricacin de semiconductores.Fecha de entrega:8-Abril-2014Campus:Lomas VerdesCarrera:Ingeniera MecnicaSemestre:7mo.Nombre del maestro:Carlos Portal

Objetivo:El objetivo de esta tarea es el de investigar y aprender el proceso de manufactura de los semiconductores.Marco Terico:El semiconductor es un elemento que se comporta como un conductor o un aislante, dependiendo de los factores de campo magntico, campo elctrico, presin, temperatura o radiacin bajo los que se est trabajando.

Fabricacin de SemiconductoresIntroduccinEl circuito integrado de silicio es un dispositivo de diminutas dimensiones constituido por millones de transistores.

El descubrimiento del efecto transistor por Schockley, Bardeen y Brattain marc un punto de inflexin en la evolucin de la electrnica.

Aparece la tcnica planar en 1957 de la mano de Jean Hoerni.

Desde la aparicin del primer circuito integrado, ao tras ao se ha ido mejorando el proceso de fabricacin.

El proceso que hoy en da se utiliza para construir circuitos integrados est basado en la tcnica planar.

Las condiciones de fabricacin de un chip son muy estrictas.

Su realizacin se lleva a cabo en las as conocidas salas blancas.En el caso de semiconductores, el circuito est diseado usando tcnicas de modelado de computadoras.

Se selecciona el equipo de fabricacin y se determinan las condiciones de operacin.

Tratamiento del Cristal SilicioEl silicio es el material bsico a partir del cual se construyen los circuitos integrados. Los pasos para conseguir este material (Silicio de 8 Nueves) son:

Reduccin de SiO2. Obtenemos el Silicio en estado lquido, aunque es bastante impuro.

Cloracin. Tras este proceso obtenemos un Silicio de 6 Nueves.Fabricacin de Semiconductores Tratamiento del Cristal SilicioReduccin del tricloro de silano (SiHCl3). Se obtiene un Silicio de 8 Nueves, pero an es poli cristalino y an no nos sirve.

Mtodo de Czochralski. El siguiente paso es cristalizar el silicio

Refinamiento por Zonas. En este paso se consigue un Silicio Mono cristalino de gran pureza.

Una vez obtenido el Lingote de silicio se corta en obleas de unos 0.725 mm de grosor. Los pasos a seguir para obtener las obleas son:

Torneado del Lingote. Se elige el dimetro final que tendrn las obleas.

Rectificado del Borde.

Corte de las obleas.

Lapping o pulido superficial de las Obleas con Abrasivos.

Biselado de los bordes.

Etching o Limpieza por Ataque Qumico

Pulimento Especular. Se va realizando un pulido cada ms fino

Eliminacin Qumica de Residuos.

Decapado Pre-epitaxial.

Fabricacin de SemiconductoresLos Primeros EstratosUna vez que disponemos de la capa de Si puro, se van depositando sobre ella diferentes capas de materiales con una misin diferente.

La primera es un denso xido (normalmente SiO2) que sirve de aislante elctrico y de proteccin contra impurezas externas.Esta primera capa se logra mediante el proceso que se conoce con el nombre de Oxidacin trmica o difusin trmica.

Despus aplicaremos una fina capa de un material foto resistivo, que es fundamental en el proceso de mascarado.

Fabricacin de Semiconductores Adicin de EstratosPosteriores pasos de litografa y grabacin, se van depositando nuevo materiales en el chip. Entre estos materiales se encuentran conductores metlicos de aluminio y tungsteno, poli silicio y otros xidos diversos entre los cuales no falta el SiO2.

Sobre cada estrato se crea por litografiado y grabacin una configuracin de regiones conductoras y no conductoras. El conjunto de estas regiones definen el chip.

Pero ste aun no posee ningn dispositivo electrnico: para acabar de definir bien su funcionamiento se necesita un ajuste ms fino: el dopado.

Fabricacin de Semiconductores FotolitografaEs el proceso que consiste en grabar el circuito deseado en la oblea de silicio. Este proceso consta de varias partes:

Depositar una capa de material foto resistivo sobre la oblea.

Iluminar sta imponiendo un patrn con zonas opacas y transparentes entre ella y la luz, de manera que el circuito diseado, que tiene la forma del patrn o mscara, queda grabado en la oblea.

Eliminar los restos de la capa inicial.

De esta manera disponemos ya de la oblea, con sus porciones aislantes (cubiertas de xido) y las conductoras (las faltas de xido).

Fabricacin de SemiconductoresDopadoAadir impurezas qumicas voluntariamente para obtener distintos comportamientos elctricos

Semiconductores tipo P y Tipo N

Mtodos utilizados

DifusinImplantacin inica

Fabricacin de Semiconductores Dopado - DifusinEtapas del procesoDepsito de impurezasDrive-In, colocacin de impurezas dentro de la obleaInconvenientesDifusin lateralImprecisin en uniones p-n muy finasPoco control de dopajeConsecuenciasLmite en las dimensiones de trabajoEfectos que alteran la conduccin

Fabricacin de SemiconductoresDopado - Implantacin inicaEtapas del procesoIonizacin, Aislamiento y separacinAceleracin, Colimacin y BombardeoBeneficiosProceso repetibleRangos de aplicacin controlados Gran control del dopajeConsecuenciasPermite dimensiones mucho mas pequeasConduccin ampliamente controladaNecesidad de Re cristalizacin

Fabricacin de Semiconductores Pasos finalesMetalizacinEvaporacinPulverizacin

Eliminar defectos en la aleacin

Pasivacin. Vaporizacin de la oblea con xido de Silicio como aislante

Interconexiones. Aluminio como elemento de contacto elctrico

Ensamblaje. Proteccin de choques y ambiente externo

El primer paso en la fabricacin de un dispositivo semiconductor es obtener materiales semiconductores, como germanio y silicio, del nivel de impurezas deseado. Los niveles de impurezas de menos de una parte en mil millones (1 en 1.000.000.000) se requiere para la mayor parte de la fabricacin de semiconductores de hoy da.silicioGermanio.La materia prima se somete primero a una serie de reacciones qumicas y a un proceso de refinacin de zona para formar un cristal poli cristalino del nivel deseado de pureza. Los tomos del cristal poli cristalino se acomodan al azar, mientras que en el cristal deseado los tomos se acomodan en forma simtrica, uniforme, con estructura geomtrica en enrejado.

Etapas.1. Purificacin del substrato (Fabricacin de obleas)La operacin final antes de que la fabricacin del semiconductor se lleve a cabo es la formacin de un solo cristal de germanio o silicio. Esto se puede lograr usando la tcnica de Czochralski o la de zona flotante, la ltima es la que se ha diseado recientemente. El aparato empleado en la tcnica de Czochralski se muestra en la siguiente diapositiva.

Mtodo de Czochraiski Este mtodo es utilizado para la obtencin desiliciomono cristalino mediante uncristalsemilla depositado por un bao de silicio. Es de amplio uso en la industriaelectrnicapara la obtencin dewafersuobleas, destinadas a la fabricacin detransistoresycircuitos integrados.

El mtodo consiste en tener un crisol (generalmente de cuarzo) que contiene el semiconductor fundido, por ejemplogermanio. La temperatura se controla para que est justamente por encima delpunto de fusiny no empiece a solidificarse. En el crisol se introduce una varilla que gira lentamente y tiene en su extremo un pequeo mono cristal del mismo semiconductor que acta como semilla. Al contacto con la superficie del semiconductor fundido, ste se agrega a la semilla, solidificndose con su red cristalina orientada de la misma forma que aquella, con lo que el mono cristal crece. La varilla se va elevando y, colgando de ella, se va formando un mono cristal cilndrico. Finalmente se separa el lingote de la varilla y pasa a lafusin por zonaspara purificarlo.

Crisol usado en el procesoCrisol despus del procesoLingote de silicio mono cristalino

Mtodo de zona flotante.El proceso parte de un cilindro de silicio poli cristalinoSe sostiene verticalmente y se conecta uno de sus extremos a la semillaUna pequea zona del cristal se funde mediante un calentador por radio frecuencia que se desplaza a lo largo de todo el cristal desde la semilla El Si fundido es retenido por la tensin superficial entre ambas caras del Si slido Cuando la zona flotante se desplaza hacia arriba, el silicio mono cristalino se solidifica en el extremo inferior de la zona flotante y crece como una extensin de la semilla

Cristal de silicio en el inicio del proceso de crecimientoCrecimiento del cristal de silicioLa estructura del cristal simple producida puede cortarse en obleas algunas veces tan delgadas como 1/1000 ( 0.001) de pulgada

Las obleas de Si se montan en un carrete de cuarzo Este se mete dentro de un tubo de cuarzo situado dentro de un horno de apertura cilndrica calentado por resistencia T entre los 850 y 1100C 2. Oxidacin

Dos tipos de oxidacin: Seca y hmedaOxidacin HmedaSe introduce vapor de agua en el horno Si(s) +2H2O(g) SiO2(s) + 2H2(g) Es mucho mas rpida y se utiliza para crear xidos gruesos Oxidacin secaSe introduce gas de oxigeno puro Si(s) + O2(g) SiO2(s) + 2H2(g) Se consiguen xidos de mayor calidad pero es ms lenta Esta tcnica no es apropiada para la creacin de xidos gruesos ya que se puede producir una redistribucin de las impurezas introducidas en los anteriores procesos

Tipos de HornosHorno horizontalHorno vertical

*Se cubre la oblea con una fotoresina + o -Se hace incidir luz U.V. a travs de una mascaraSe ablanda (+) o se endurece (-) la resina expuestaSe elimina la fotoresina no polimerizada con tricloroetilenoGrabado: se ataca con HCl o HF y se elimina el SiO2 no protegido por la fotoresinaSe elimina la fotoresina con un disolvente Sulfrico SO4H23. Litografa y grabado

*Grabado Hmedo: Bao de cido fluorhdrico o clorhdrico que ataca SiO2 no protegido, pero no ataca al Si. Gran selectividad Problema: ataque isotrpico igual en todas las direccionesGrabado Seco: Se usa un plasma con un gas ionizado Grabado Fsico o qumico Ataque anistropo Menor selectividad

*DifusinSe colocan las obleas en el interior de un horno a travs del cual se hace pasar un gas inerte que contenga el dopante deseado. T entre 800 y 1200 CPara Si tipo P el dopante ms usual es el Boro y para tipo N se usa el Arsnico y Fsforo. Tienen una alta solubilidad en silicio en el rango de temperatura de difusin.Se puede distinguir entre dos formas al realizar la difusin: 4. Impurificacin (Adicin de Dopantes)a) Con fuente ilimitada: cuando se mantiene la misma concentracin de impurezas durante el procesob) Con fuente limitada: se parte de una concentracin inicial y no se aaden mas dopantesNormalmente se usan los dos mtodos uno seguido del otro. La profundidad de la difusin depender del tiempo y de la temperatura. La concentracin de dopante disminuye montonamente a medida que se aleja de la superficie.La tcnica de difusin tiene el problema de que las impureza se difunden lateralmente

Bibliografa:Manufactura, ingeniera y tecnologa. KALPAKJIAN Serope.Conclusiones:Se aprendi tericamente el proceso de manufactura de los semiconductores. De esto se puede tener una idea mas clara de su funcionamiento y estructura.Aprend tambin los procesos y materiales para su fabricacin.