Aunque un circuito integrado (IC), también conocido como chip semiconductor, puede engañarlo con su factor de forma del tamaño de una uña, en realidad está repleto de miles de millones de componentes electrónicos-transistores, diodos, resistencias y condensadores, que trabajan juntos para realizar operaciones lógicas y almacenar datos.
Entonces, ¿qué se necesita para fabricar este tipo de circuito, se preguntan?
La tecnología detrás de la ingeniería de un CI va mucho más allá del simple ensamblaje de componentes individuales. De hecho, los patrones de circuitos microscópicos se construyen en múltiples capas de diversos materiales, y solo después de que estos pasos se hayan repetido unos cientos de veces, el chip finalmente se completa.
Hoy, presentamos una nueva serie que lo guiará a través de todo el proceso de fabricación de este dispositivo avanzado, desde la etapa de materia prima hasta la prueba final del chip semiconductor. La serie constará de ocho partes y se publicará semanalmente.
Siga leyendo para la primera parte de la serie, que introduce el «lienzo» para circuitos integrados, también conocido como oblea de silicio.
¿Qué es una oblea?
Una oblea, también llamada disco, es una rebanada delgada y brillante de una varilla de silicio que se corta con diámetros específicos. La mayoría de las obleas están hechas de silicio extraído de la arena. La principal ventaja de usar silicio es que es rico en suministro, siendo el elemento más abundante en la naturaleza, justo después del oxígeno. Sus propiedades ecológicas son una ventaja adicional.
Construir un lingote, la base para obleas
Una vez que el silicio se extrae de la arena, debe purificarse antes de que pueda ponerse en uso. Primero, se calienta hasta que se funde en un líquido de alta pureza y luego se solidifica en una varilla de silicio, o lingote, utilizando métodos de cultivo comunes como el proceso Czochralski (chokh-RAL-skee) o el proceso de Zona Flotante.
Extremos cortados de varillas o lingotes de silicio
El popular método Czochralski utiliza un pequeño trozo de silicio sólido (semilla) que se coloca en un baño de silicio fundido o silicio policristalino, y luego lentamente se tira en rotación a medida que el líquido crece hasta convertirse en un lingote cilíndrico. Esta es la razón por la que las obleas terminadas son discos redondos.
Dando un nuevo significado al término «oblea delgada»
Antes de que se enfríe por completo, los extremos en forma de cono del lingote se cortan mientras que el cuerpo se corta en obleas delgadas de espesor uniforme con hojas de sierra de diamante afiladas. Esto explica por qué el diámetro de un lingote determinaría en última instancia el tamaño de una oblea. En los primeros días de la industria de semiconductores, las obleas tenían solo tres pulgadas de diámetro. Desde entonces, las obleas han ido creciendo en tamaño, ya que las obleas más grandes producen más chips y una mayor productividad. El diámetro de obleas más grande utilizado en la fabricación de semiconductores en la actualidad es de 12 pulgadas o 300 mm.
Suavizar las cosas: el proceso de lapeado y pulido
Las obleas en rodajas deben prepararse antes de que estén listas para la producción. Productos químicos abrasivos y máquinas pulen la superficie irregular de la oblea para obtener un acabado liso en espejo. La superficie impecable permite que los patrones de circuito se impriman mejor en la superficie de la oblea durante el proceso de litografía, que cubriremos en una publicación posterior.
Conozca su oblea
Cada parte de una oblea terminada tiene un nombre y una función diferentes. Repasémoslos uno por uno.
1. Chip: una pequeña pieza de silicio con patrones de circuitos electrónicos
2. Líneas de escritura: espacios finos y no funcionales entre las piezas funcionales, donde una sierra puede cortar la oblea de forma segura sin dañar los circuitos
3. TEG (Grupo de Elementos de Prueba): un patrón prototipo que revela las características físicas reales de un chip (transistores, condensadores, resistencias, diodos y circuitos) para que pueda probarse para ver si funciona correctamente
4. Troquel de borde: troqueles (chips) alrededor del borde de una oblea considerada pérdida de producción; las obleas más grandes tendrían relativamente menos pérdida de viruta
5. Zona plana: un borde de una oblea que se corta plana para ayudar a identificar la orientación y el tipo de la oblea