Materiales para la electr6nica
TECNOLOGfA
En las pasadas dos décadas la industria electró–
nica se ha caracterizado por una evolución en la
tecnología de los semiconductores que, entre
otras cosas, ha reflejado una tendencia opuesta
al proceso inflacionario (desde el punto de vista
de una economía como la de Estados Unidos).
Este comportamiento se debe en parte a la posi–
bilidad sostenida de fabricar más
y
más elemen–
tos del circuito en un pequeño pedazo de silicio.
El aumento en la complejidad de los procesos se
ha llamado
"very large scale i"tegration"
(VLSI).
Las compañías de semiconductores son capaces
de manufacturar más de un millón de compo–
nentes por circuito gracias a la tecnología
y
al
diseño de componentes. El15 d e febrero de 1985
IBM
anunció la fabricación de la memoria para
computadora
DRAM
de un millón de bits con
dimensión de 5.5 mm x 10.5 mm. En su momen–
to fue la más rápida
y
densa jamás imaginada.
Hoy día, en 1995, se fabrican en serie memorias
de 64 megabits
y
tiene dos años el proyecto de
la memoria de 256 megabits entre
18M,
Siemens
y
Toshiba.
La
estructura d e un circuito irrt.egrado es com–
pleja, tanto en la topografía superficial como en
su composición interna. De hecho, cada compo–
nente tiene una arquitectura tridimensional que
deberá ser la misma para cada circuito. La estruc–
tura d el circuito se logra por medio de muchas
capas. Cada una forma parte de un patrón deta–
llado; algunas se forman en el silicio, mientras
que otras
10
hacen en su superficie. Las operacio–
nes del proceso de la oblea se pueden clasificar
como aditivas (epitaxia, oxidación, contamina–
ción
y
metalizado), selectivas (litográficas) y sus–
tractivas (ataque químico o físico). El número de
repeticiones de cada proceso depende d e la tec–
nología y del grado de complejidad del circuito.
El punto de partida en la tecnología del silicio
es contar con obleas de silicio monocristalino de
gran pureza, o "grado electrónico". Este material
se obtiene a partir del óxido de silicio SiO
ú
por
una reacción de óxido-reducción se obtiene el
silicio metalúrgico (98% de pureza). La purifica–
ción se completa al formar un compuesto gaseo–
so de silicio que se purifica para d espués obtener
el silicio sólido policristalino. Es común que al
crecer el lingote se modifiquen las características
eléctricas, agregando impurezas que transfieren
propiedades eléctricas del tipo
11
o
p.
El lingote se
obtiene por técnica Czochralski, en la cual el
s ilicio fundido es solidificado al jalar un trozo de
cristal perfecto mientras se gira. De ahí se obtie–
nen obleas de silicio con orientación cristalina
definida y con un diámetro desde 5 hasta 30 cm.
La
oblea debe ser monocristalina
y
no tener im–
perfecciones mecánicas o cristalográficas que de–
graden las propiedades eléctricas.
La microelectrónica, que ha permitido el
enorme desarrollo de la electrónica, puede ilus–
trarse a través de dos de sus estructuras básicas:
un transistor de efecto de campo con compuerta
formada por un capacitor
MOSFET,
y
un transis–
tor de un ión
BJT.
El
MOSFET
de canal
11
parte de
un sustrato formado por una oblea de silicio
tipo
p.
Las regiones de fuente y de drenaje se
forman mediante la creación de una zona su–
perficial tipo
IJ.
El óxido de silicio delgado y de
alta calidad se emplea para formar la compuer–
ta, mientras que el óxido grueso se emplea para
aislar dispositivos. La zona de silicio policrista–
lino permite tener acceso a la compuerta, en
tanto que el aluminio se emplea para conectar
la fuente
y
el drenaje. El
BJT
se construye alter–
nando regiones de conductividad tipo
H
y
P,
partiendo de un semiconducto r tipo
p.
El óxido
se emplea para aislar las diferentes zonas y se
emplea un metal para formar los contac tos en
el emisor, la base
y
el colector.
Para cualquier desarrollo es necesario em–
plear varios procesos:
• Oxidación: el óxido de silicio se forma al
exponer el s ilicio a altas temperaturas
(1 100°C) en presencia de oxígeno.
Se
reali–
zan así va rias funciones: enmascara r y limi–
tar la difusión en áreas específicas, pasivar
y
proteger la superficie del silicio, aislar un
dispositivo eléctrico de otro, y fabricar die–
léctricos para las compuertas
MOS.
• Fotolitografía: es el proceso que permite
seleccionar diferentes áreas que se emplea–
rán en los dispositivos, transfiriendo patro–
nes d efinidosen el diseño. El óxido de silicio
puede detener la penetración de impurezas,
61
1...,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61 63,64,65,66,67,68,69,70,71,72,...131