Guia Completa: Fabricació de Microxips i Circuits Integrats de Silici

Introducció a la Fabricació de Microxips

El Silici i la Producció de Wafers

Els xips de silici poden bloquejar o deixar circular l’electricitat. Són molt petits, per la qual cosa s’han de fabricar amb molta cura i tendir a la perfecció. Es calcula que el nombre total de xips que hi ha a la Terra es duplica cada dos anys, i és superior actualment al bilió de xips.

Els microxips es fan en sales blanques (clean rooms), 100.000 cops més netes que les sales d'operacions hospitalàries, i estan capacitades per fer xips sense restes de pols.

Els xips es poden fer de diverses maneres, i se'ns explica el mètode de Czochralski, el més emprat comercialment (90% dels casos) ja que és el més barat. (Alternativament s’usa el Float Zone, encara més precís i notablement més car).

Aquest procés té com a objectiu obtenir silici monocristal·lí. S’hi posarà al forn un cresol amb silici fos no monocristal·lí i una llavor (seed) de cristall, del qual, mitjançant un mecanisme de rotació i escalfor, se n'obtindrà una hòstia (wafer).

Cal afegir que dins del forn hi ha argó, que elimina tots els gasos de l’ambient que podrien reaccionar en la formació de silici. A partir d’aquí s’extreu la vareta que sostenia el silici, i es va formant silici monocristal·lí. Aquest silici tindrà la mateixa orientació, i el diàmetre del silici format dependrà de la temperatura a la qual estava el forn i de la velocitat d’extracció del silici.

Es modelaran, formant plaques compactes de silici, circulars i fines, les quals s’avaluaran mitjançant controls de qualitat mecanitzats, i ja estaran preparades per ser comercialitzades.

Procés de Fabricació i Innovacions Clau

Silicon Valley és la zona del món més important en el desenvolupament de hardware. William Shockley va desenvolupar als seus laboratoris el transistor.

La miniaturització dels microxips ha suposat un problema: la pols pot espatllar-los amb molta facilitat. Per això, s’han de construir en sales blanques (clean rooms), 100.000 cops més netes que una sala d’hospital. En aquestes sales, el procés de formació de xips és monitoritzat per persones i dut a terme per màquines.

Primer de tot, s’hi apliquen raigs UV, que modelaran el circuit. Aquest circuit s’introduirà en una màquina que li donarà propietats elèctriques, escalfant la placa de silici, la qual recol·locarà àtoms dopants que formen part de l’estructura. Aquests xips es modelen en sales tant o més grans que un camp de futbol.

AMD ens explica el procés de fabricació d’un xip cobert per coure, una innovació ideada per ells que evitarà curtcircuits. Abans d’aplicar aquesta capa, però, s’hi haurà de passar aigua molt ben destil·lada per eliminar residus de la superfície. Després d’aplicar la capa de coure, s’eliminarà l’excés.

Cal destacar que cada pas de fabricació és controlat per un tècnic, que observa mitjançant un microscopi electrònic cada microxip. Finalment, el microxip s’empaqueta i es protegeix.

Intel ens explica que des dels primers transistors fins als més recents s’han centrat en dos objectius: canviar els materials i disminuir la mida, per abaratir costos i augmentar l’eficiència. Intel, empresa famosa per crear microprocessadors amb molta velocitat i barats, va tenir més de 100 enginyers investigant materials per als transistors durant diversos anys.

Per últim, es torna a explicar el procés de formació de silici monocristal·lí i els processos que es duen a terme posteriorment per comercialitzar-los (informació ja detallada anteriorment).

Creació de Circuits Integrats i Etapes Finals

Per a crear circuits integrats es necessita la formació de fines pel·lícules de diversos materials. Aquest procés es coneix com a "Layering Process". Aquestes capes duen a terme diferents funcions; algunes són conductores, altres aïllants.

L'operació de patrons és la més costosa de totes les etapes de fabricació de semiconductors. Consta de diverses parts:

• Recobriment fotoprotector: Etapa de cocció seguida de l’aplicació d’un fotoresistent en un centrifugat. Després es torna a coure per eliminar dissolvents fotoresistents.
• Alineació i exposició: El patró d'una màscara (reticle o fotomàscara) s'alinea a l’oblea i després es transfereix a la capa de resina fotosensible. S'utilitzen diversos enfocaments diferents.
• Desenvolupament: Es revela el patró a la capa protectora.

Fresat Químic

Tira Fotoprotectora

Totes les cançons d’un iPod s’emmagatzemen en un sol cristall de silici. Les cançons es guarden com una gran successió de 0 i 1, ON i OFF respectivament. Es necessita un gran nombre de connexions i interruptors per a una sola cançó. Les oblees de silici es fabriquen en sales especials, molt netes i protegides de la pols.

Els circuits integrats es troben a tots els aparells electrònics que utilitzem: mòbils, portàtils, etc.

Com Fabricar un Xip: Resum del Procés

• El lingot de silici es posa a altes temperatures.
• Procés de capes: aplicació de capes, exposició a la llum, refredament, premsat, fusió, etc.
• Test elèctric: s’utilitza una sonda de diamant.
• Passats els tests, s’empaqueta per finalitzar-lo (estructura tipus "sandvitx").
• Alguns dels tests: xoc, vibració, acceleració i temperatures extremes.