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Hoy toca una pequeña explicación de cómo se fabrican los circuitos integrados.

Son esas pequeñas cosas negras que hay en las placas verdes que tiene cualquier cacharro electrónico dentro. Los microprocesadores de los ordenadores son lo mismo pero más "a lo bruto". Lo que voy a poner aquí es la forma en que se construían los circuitos nMOS. Siguiendo más o menos el mismo esquema se consiguen los CMOS, que fueron la evolución (bueno, estuvo EDMOS por medio) y probablemente los hayais visto en varios sitios (creo recordar que los 486 tenían de estos). Los CMOS lo mismo los explico con más detalle más adelante.

Bueno, a lo que vamos. Un circuito integrado es básicamente un montón de puertas lógicas construidas todas a la vez en un sólo chip. Lo bueno que tienen es que no hay soldaduras dentro de ellos y que el espacio entre transistores (MOSFET) es muy pequeño (los transistores forman las puertas lógicas) y que son baratos de construir (relativamente). Al no haber soldaduras (el punto más debil de todo circuito) pueden durar hasta 200 años o más, y al ser el espacio tan reducido la disipación de energía es menor (aunque aparece el problema de la refrigeración). No voy a aburriros con fórmulas, así que os lo creeis y punto ;) 

Pues bien, estos chips están hechos principalmente de silicio. Al silicio hay que "doparlo" con átomos de otros elementos para que se vuelva conductor. Es decir, lo que queremos es una base de silicio cristalino con ciertas partes dopadas, un poco de metal para ciertos contactos y óxido de silicio (que no es conductor) para aislar.

Sabiendo esto, empecemos por partes:

Cómo conseguir una base de silicio cristalino para hacer crecer(grow) el circuito encima:

Cogemos silicio (arena) y lo fundimos en un horno. Se irá separando poco a poco de los desechos que lleve y nosotros lo recuperaremos, obteniendo así silicio de grado metalúrgico (MGS). (si un día de estos estoy aburrido os pongo el esquema del horno) Teniendo ya el MGS lo metemos en un reactor de alto vacío y lo destilamos (sisi, igual que el vino en el cole). Obtenemos el EGS (silicio de grado electrónico).

Dentro del reactor lo que pasa es:

        SiHCl3 (gas) + H2 (gas) —-> Si (sol) + 3HCl (gas)

Cogemos el EGS y lo metemos en otro reactor, lo fundimos y a partir de una semilla de silicio cristalizado vamos obteniendo un cilindro de silicio cristal. Vale, llega el momento de explicar una curiosa propiedad del silicio (y cualquier cosa que cristalice). Si tienes un pequeño trozo de cristal en el que los átomos están perfectamente alineados, lo pones en contacto con silicio fundido y empiezas a enfriar lentamente los átomos irán colocándose en forma de malla siguiendo con la formación cristalina. Lo que haremos aquí será lo mismo que mojar una galleta en colacao y luego empezar a subir la galleta lentamente mientras el colacao debajo va haciendo un cilindro.

Ahora a este cilindro le pasamos unos hilos incandescentes alrededor lentamente. Se va fundiendo de nuevo pero sólo localmente y lo que harán será quedarse con toda la porquería que quede. Así tenemos ya un cilindro de perfecto cristal de silicio.

Es hora de pulir el cilindro por fuera para quitar posibles átomos rebeldes que hayan quedado en la superficie.

Y después de esto lo cortamos en pequeñas obleas finísimas, puliremos la parte superior de esta oblea y podremos comenzar a fabricar el circuito sobre ella !!! :D :D

Sobre cada una de estas obleas fabricaremos un montón de chips que luego cortaremos. Se fabrican muchos a la vez porque la mortalidad de chips es alta y sale muchísimo más barato hacer muchos a la vez.

Para la fabricación de los chips hay varios procesos que pueden utilizarse:

• Epitaxia:  se mete la oblea en un reactor. Se introduce SiH4(gas). La molécula se divide y el Si se deposita en las paredes del reactor mientras que el H2 se saca. Lo que se deposite en la oblea estará formando lo que será el chip. Hay que hacerlo despacio para que conserve la estructura cristalina. Este mismo proceso se puede hacer con SiO2 (óxido de silicio) para poner capas aislantes. Se debe hacer a la menor temperatura posible (400ºC) y muy despacio (creo que era un día lo que tardaba para unos cuantos nanómetros) para que las moléculas no se monten una fiesta y no se rompa la estructura cristalina.

• Oxidación térmica: hay dos tipos, pero son bastante malos los dos porque pueden romper la estructura cristalina (y a estas alturas ya sabremos que eso no está nada bien)

• seca: en un horno se mete la oblea junto con O2. Se forma SiO2 lentamente. Hay que tenerlo a 900-1000ºC.

• húmeda: se mete la oblea junto con agua para conseguir el mismo óxido (más H2). La temperatura es algo menor, 800-900ºC, y es más rápida que la seca, pero da peores resultados

• Impurificación:  Se trata de ponerle los dopantes al chip. Hay dos formas diferentes de hacerlo:

• Difusión: se cuece la oblea con el dopante que queramos en forma gaseosa. Poco a poco irá metiéndose en la oblea. Lo malo es que nos la podemos cargar.

• Implantación iónica: en pequeñas partes seleccionadas disparamos átomos dopantes en los sitios exactos en que los necesitemos. Aunque tenemos mucha mayor precisión así tenemos que hacerlo con el mínimo de energía posible para que los átomos que disparamos se queden en la superficie y no penetren demasiado, o incluso peor, destrocen la oblea.

• Fotolitografía: este es el bueno y me parece curiosísimo. Es la forma de poder "escribir" los circuitos en el chip y decir dónde va cada cosa. Hay que tener en cuenta que son del orden de unos cuantos nanómetros, así que no hay mucho lugar para el error.

• Primero ponemos una capa de resina por encima de toda la oblea. Esta resina es fotosensible.

• Con una máscara creada por ordenador debujamos con luz ultra violeta en la resina lo que tendrá que doparse. La máscara es una plantilla que tiene dibujos con los circuitos. Se utiliza una lente para proyectar la luz, es complicado dibujar en nanómetros ;)

• La resina en los sitios que ha sido iluminada se vuelve soluble en ácido fosfídrico, las demás zonas no. Con lo cual podemos quitar las partes que queramos de la resina

• Se quita con ácido el SiO2 que estaba debajo de la resina que acabamos de quitar

• Se implanta lo que haga falta, con dopantes, metal…lo que sea

• Se elimina el resto de la fotorresina

• se quita el Sio2 sobrante

Y después de esto varias veces en diferentes capas ya tenemos el chip. Falta cortarlos y listo. Como vereis aquí nadie mete unas pinzas, un destornillador ni nada de nada de nada. De hecho en las salas de fabricación está estrictamente prohibido que cualquier persona entre. Un pelo, un poco de piel…cualquier cosa puede ser nefasto. Se llama crecer los chips porque, es lo que se hace, ni más ni menos. Se pone una base y encima se van haciendo crecer capas de los elementos que necesitamos, hasta que tenemos el circuito integrado listo.

Por último, para poder utilizar el chip se sueldan las salidas en un sustrato (generalmente cerámico) que le proporciona sustentación mecánica y ayuda a la disipación del calor. esto es lo que vemos en la placa del ordenador. El sustrato por debajo. Si alguna vez desmontais uno y le dais la vuelta vereis que tiene un montón de pinchos. Cada uno de esos es un pin y actúa como entrada al microprocesador. El chip en sí será un pequeño cuadrado que hay en el medio de ese mazacote ;)

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• En la Wiki : Cómo se construyen los circuitos integrados