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Producción masiva de chips: ¿Cómo se logra?

Introducción

La producción masiva de chips es un proceso fundamental para la industria de la microelectrónica. Estos chips se utilizan en una gran cantidad de dispositivos, desde teléfonos móviles hasta sistemas de navegación. A pesar de su importancia, la mayoría de las personas no saben cómo se fabrican o cuánto tiempo lleva producirlos. En este artículo, explicaremos con detalle todo lo que necesitas saber acerca de la producción masiva de chips.

La producción de wafers de silicio

El primer paso en la producción masiva de chips es crear los wafers de silicio. Un wafer de silicio es una fina lámina circular que se utiliza como sustrato para fabricar los chips. Estos sustratos se obtienen de varillas de silicio que se cortan en secciones finas utilizando sierras de alambre. Después, los wafers se someten a una serie de procesos de limpieza y pulido para eliminar cualquier impureza o defecto de la superficie.

Crecimiento del cristal de silicio

El silicio es el material base utilizado en la producción de chips debido a sus propiedades semiconductoras, lo que significa que su electrónica se puede controlar con precisión. A través del proceso de crecimiento del cristal de silicio, se obtienen grandes bloques de silicio puro que se utilizan para crear los wafers. Este proceso se lleva a cabo en hornos especiales, donde se calientan las semillas de silicio a temperaturas muy altas y se las hace crecer poco a poco para formar un cristal. Una vez que el cristal alcanza el tamaño adecuado, se corta en pequeñas secciones, llamadas varillas.

Corte de varillas de silicio

Las varillas de silicio se utilizan como materia prima para la fabricación de wafers. Las varillas se cortan en secciones finas y circulares, llamadas lingotes. Los lingotes se procesan aún más para obtener wafers individuales de silicio. Se utiliza sierras de diamante para cortar los lingotes en secciones delgadas, generalmente alrededor de 0,75 mm de espesor.

Pulido y limpieza de wafers de silicio

Los wafers de silicio se obtienen a través del corte de lingotes de silicio. Los wafers son secciones finas y circulares de silicio que se utilizan como sustrato para la fabricación de chips. Antes de que los wafers puedan ser utilizados en la producción de chips, deben ser pulidos y limpiados a fondo. Los procesos de pulido utilizan máquinas de pulido especializadas para raspar la superficie de los wafers hasta que sean lisos y uniformes. En la limpieza, se remueve cualquier contaminación o impureza de la superficie del wafer para asegurar su pureza.

Procesamiento de wafers de silicio

Una vez que se han producido los wafers de silicio, se inicia el proceso de fabricación de los chips. Los chips se fabrican en la superficie de los wafers utilizando una serie de procesos complejos. Los procesos se realizan en salas limpias, donde las partículas de polvo son estrictamente controladas para evitar contaminación del proceso de producción.

Deposición de capas

El proceso de deposición de capas se utiliza para agregar capas adicionales al sustrato de silicio. Las capas se agregan utilizando diferentes técnicas de deposición, como deposición de vapor químico (CVD) o deposición de capas de átomos (ALD). Los materiales utilizados pueden ser metales, semiconductores o dieléctricos, dependiendo de la función de la capa. Una vez que se ha depositado una capa, se utiliza un proceso de grabado para retirar partes específicas de la capa, dejando solo las áreas que serán utilizadas en la fabricación del chip.

Litografía

La litografía se utiliza para imprimir patrones en las capas de material agregadas a los wafers de silicio. La técnica utiliza una máscara fotográfica que se coloca sobre el wafer y se ilumina para exponer solo las áreas que se deben grabar. El proceso es repetido varias veces y cada vez redefiniendo y limpiando para hacer las capas esencialmente en 3D. Después de varias repeticiones, el patrón completo se encuentra impreso en la superficie del sustrato.

Grabado y eliminación

Después de la litografía, se utiliza un proceso de grabado para remover partes específicas de la capa de material. Esto se lleva a cabo mediante la utilización de productos químicos que disuelven las partes no deseadas de la capa. El proceso de grabado es muy preciso y permite que se retire solo una capa muy delgada del material. El proceso se repite varias veces, y cada vez se elimina una capa adicional de material hasta que se haya creado la estructura deseada del chip.

Implantación de iones

La implantación de iones es un proceso importante en la producción de chips. Este proceso utiliza iones para alterar las propiedades del sustrato base de silicio. Los iones se aceleran y se disparan hacia la superficie del sustrato base donde alteran la naturaleza semiconductor de la capa, creando, por ejemplo zonas N o P. Este proceso permite la creación de transistores MOS y la creación de pares diodo-resistencia.

Corte y montaje de chips

Después de que se ha completado el proceso de fabricación de chips, se necesitan algunos pasos finales antes de que estén listos para su uso en dispositivos específicos.

Corte de la matriz de chips

El primer paso en este proceso es cortar la matriz de chips que se encuentra en el wafer de silicio. Se utiliza una sierra de diamante para hacer el corte, lo que produce muchos chips individuales a partir de un único wafer de silicio.

Empaquetado de chips

Los chips necesitan protección para ser utilizados en otros dispositivos. El empaquetado es el proceso de cubrir los chips con un material protector para protegerlos de la humedad y otros contaminantes. Se utilizan diferentes técnicas para el empaquetado de chips, como el empaquetado plástico o el metalizado del chip.

Pruebas de chips

Antes de que los chips sean utilizados en otros dispositivos, deben ser sometidos a pruebas exhaustivas para asegurarse de que funcionen correctamente. Los chips se prueban en diferentes condiciones para garantizar que sean funcionales y no presenten fallos. Los chips que pasan estos tests de calidad son empaquetados, etiquetados y enviados a su destino final.

Conclusión

La producción masiva de chips es un proceso que involucra muchos pasos complejos. La producción de los wafers de silicio es solo el comienzo del proceso, y una vez que se han creado los wafers, se inician una serie de técnicas y procesos de microfabricación para crear los chips individuales. La litografía, el grabado y la implantación de iones son procesos críticos en la producción de chips. Después de que se ha fabricado el chip individual, se corta y se protege antes de ser sometido a pruebas exhaustivas para garantizar la calidad y la fiabilidad. La producción masiva de chips es un proceso altamente competitivo, y los fabricantes deben crear chips de alta calidad a bajos costos para mantenerse en el mercado.