Microprocesadores

Fabricación de microprocesadores

Los microprocesadores se fabrican empleando técnicas similares a las usadas para otros circuitos integrados,
como chips de memoria. Generalmente, los microprocesadores tienen una estructura más compleja que otros
chips, y su fabricación exige técnicas extremadamente precisas.
La fabricación económica de microprocesadores exige su producción masiva. Sobre la superficie de una oblea
de silicio se crean simultáneamente varios cientos de grupos de circuitos. El proceso de fabricación de
microprocesadores consiste en una sucesión de deposición y eliminación de capas finísimas de materiales
conductores, aislantes y semiconductores, hasta que después de cientos de pasos se llega a un complejo
"bocadillo" que contiene todos los circuitos interconectados del microprocesador. Para el circuito electrónico
sólo se emplea la superficie externa de la oblea de silicio, una capa de unas 10 micras de espesor (unos 0,01
mm, la décima parte del espesor de un cabello humano). Entre las etapas del proceso figuran la creación de
sustrato, la oxidación, la litografía, el grabado, la implantación iónica y la deposición de capas.
La primera etapa en la producción de un microprocesador es la creación de un sustrato de silicio de enorme
pureza, una rodaja de silicio en forma de una oblea redonda pulida hasta quedar lisa como un espejo. En la
actualidad, las obleas más grandes empleadas en la industria tienen 200 mm de diámetro.
En la etapa de oxidación se coloca una capa eléctricamente no conductora, llamada dieléctrico. El tipo de
dieléctrico más importante es el dióxido de silicio, que se "cultiva" exponiendo la oblea de silicio a una
atmósfera de oxígeno en un horno a unos 1.000 ºC. El oxígeno se combina con el silicio para formar una
delgada capa de óxido de unos 75 angstroms de espesor (un angstrom es una diezmilmillonésima de metro).
Casi todas las capas que se depositan sobre la oblea deben corresponder con la forma y disposición de los
transistores y otros elementos electrónicos. Generalmente esto se logra mediante un proceso llamado
fotolitografía, que equivale a convertir la oblea en un trozo de película fotográfica y proyectar sobre la misma
una imagen del circuito deseado. Para ello se deposita sobre la superficie de la oblea una capa fotosensible
cuyas propiedades cambian al ser expuesta a la luz. Los detalles del circuito pueden llegar a tener un tamaño
de sólo 0,25 micras. Como la longitud de onda más corta de la luz visible es de unas 0,5 micras, es necesario
emplear luz ultravioleta de baja longitud de onda para resolver los detalles más pequeños. Después de
proyectar el circuito sobre la capa fotorresistente y revelar la misma, la oblea se graba: esto es, se elimina la
parte de la oblea no protegida por la imagen grabada del circuito mediante productos químicos (un proceso
conocido como grabado húmedo) o exponiéndola a un gas corrosivo llamado plasma en una cámara de vacío
especial.
En el siguiente paso del proceso, la implantación iónica, se introducen en el silicio impurezas como boro o
fósforo para alterar su conductividad. Esto se logra ionizando los átomos de boro o de fósforo (quitándoles
uno o dos electrones) y lanzándolos contra la oblea a grandes energías mediante un implantador iónico. Los
iones quedan incrustados en la superficie de la oblea.
En el último paso del proceso, las capas o películas de material empleadas para fabricar un microprocesador
se depositan mediante el bombardeo atómico en un plasma, la evaporación (en la que el material se funde y
posteriormente se evapora para cubrir la oblea) o la deposición de vapor químico, en la que el material se
condensa a partir de un gas a baja presión o a presión atmosférica. En todos los casos, la película debe ser de
gran pureza, y su espesor debe controlarse con una precisión de una fracción de micra.
Los detalles de un microprocesador son tan pequeños y precisos que una única mota de polvo puede destruir
todo un grupo de circuitos. Las salas empleadas para la fabricación de microprocesadores se denominan salas
limpias, porque el aire de las mismas se somete a un filtrado exhaustivo y está prácticamente libre de polvo.
Las salas limpias más puras de la actualidad se denominan de clase 1. La cifra indica el número máximo de
partículas mayores de 0,12 micras que puede haber en un pie cúbico de aire (0,028 metros cúbicos). Como
comparación, un hogar normal sería de clase 1 millón.