Cómo influye la fotolitografía en la fabricación de semiconductores

La fotolitografía es la técnica pionera utilizada para generar patrones funcionales en diversos sustratos. La microfabricación de precisión suele producirse a escalas y niveles de rendimiento que los paradigmas de mecanizado convencionales no pueden alcanzar. Ninguna herramienta mecánica puede grabar microelectrónica para dispositivos complejos como circuitos integrados, componentes ópticos y biosensores. La fotolitografía, por su parte, es perfectamente adecuada para esta tarea. 

Panorama de la fabricación de semiconductores

Los materiales semiconductores constituyen la espina dorsal de la electrónica moderna. Desde mediados de los años 60, los ingenieros generan transistores y elementos microelectrónicos utilizando silicio. El silicio era entonces un material novedoso con propiedades conductoras totalmente únicas, que ofrecía una resistencia variable para permitir un flujo de corriente óptimo. Desde entonces se han desarrollado otros semiconductores, como el nitruro de aluminio, el germanio y el óxido de zinc, pero todos se fabrican siguiendo el mismo proceso general. 

Se cultiva epitaxialmente un lingote monocristalino utilizando el método Czochralski, o quizás la técnica de la zona flotante, y se extraen mecánicamente las obleas. A continuación se presenta un flujo de trabajo general que puede seguirse para obtener un sustrato funcional optimizado:

1. Empezar limpiando las obleas con agentes químicos para evitar la contaminación.
2. Utilizar la pulverización catódica, la electrodeposición o la deposición química en fase vapor para facilitar la deposición de películas finas en la oblea.
3. Las partículas se eliminan mediante limpieza posterior a la deposición con cepillos o un Nanospray
4. Se añade resistivo a la oblea y se hace girar para crear una capa uniforme.
5. La radiación ultravioleta se utiliza en la capa resistente para crear un cambio estructural.
6. Se añade revelador a la oblea para mostrar la fina película
7. El grabado se realiza mediante productos químicos para disolver la capa
8. Para añadir propiedades semiconductoras al sustrato de silicio, se introducen impurezas en las obleas
9. El calor se utiliza para activar los iones implantados
10. A continuación, se elimina el resistivo con productos químicos o cenizas.
11. La oblea se ensambla en un producto

¿Cómo se utiliza la fotolitografía en la fabricación de semiconductores?

El objetivo principal de la litografía de semiconductores es añadir un patrón a la superficie de una oblea. Si está intentando recordar su propósito, considere las raíces de su nombre, "lithos" y "grapha", que se traducen como escribir en una piedra.

Mediante un proceso de recubrimiento, exposición y revelado, se puede grabar perfectamente un patrón y ayudar a obtener una mayor resolución de los semiconductores en miniatura. El proceso es el siguiente:

1.       El sustrato se prepara con un material fotorresistente para crear una capa
2.       Los sistemas de imágenes y la fotolitografía se utilizan para alinear un sustrato y una fotomáscara bajo luz ultravioleta y crear un patrón único.
3.       Se revela un patrón final mediante post-horneado y horneado duro antes de que se disuelva el material foto-resistente

Si desea utilizar la fotolitografía a menor escala, puede utilizar la litografía de inmersión para crear un producto tecnológico más pequeño. Para ello, se introduce agua purificada, con un índice de refracción de 1,44, en los espacios de la oblea, convirtiéndola básicamente en una lente. A partir de aquí, se pueden crear semiconductores con un tamaño inferior a 40 nanómetros:

Para crear un patrón más intrínseco, también se puede utilizar la litografía múltiple para dividir un patrón de circuito y crear una densidad lo suficientemente baja como para imprimirla en el sistema. Ambos tipos de litografía pueden utilizarse conjuntamente con la fabricación de semiconductores.

¿Está preparado para utilizar la fotolitografía en la fabricación de semiconductores?

Fotolitografía ofrece una oportunidad fantástica para crear patrones de circuitos increíblemente complicados en un semiconductor. Esto no solo los hace más precisos cuando se transfieren ópticamente, sino que el proceso de grabado permite una alineación perfecta en la oblea incluso cuando se producen en serie.

Ahora que las tecnologías son cada vez más avanzadas y existe una mayor necesidad de miniaturización y de múltiples patrones para crear sistemas avanzados, debería plantearse incorporar la fotolitografía a su fabricación de semiconductores.

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