Nota: nuestra función de arena a chips de silicona ha sido completamente actualizada. Este artículo fue publicado por primera vez en mayo de 2009..

Suceden cosas extrañas en los bosques, especialmente en Silicon Forest, como se conoce a Hillsboro en Oregon. Ahí es donde se basa D1X, la planta de fabricación operativa más grande de Intel, y es donde lo que alguna vez hubiera parecido un milagro de ingeniería, se realiza todo el día todos los días..

D1X es donde se fabrican procesadores que miden solo 14 millonésimas de milímetro de ancho, listos para ser enviados a fabricantes de placas base y PC de todo el mundo. Sin embargo, lo sorprendente de D1X no es la forma en que Intel hace que los procesadores sean cada vez más diminutos. Es de lo que están hechos.

Todo el negocio está construido sobre arena..

Hay más de 300 pasos para convertir la arena en silicio, pero puede agruparlos en 10 áreas clave. Si no puedes imaginar cómo las cosas con las que haces castillos de arena pueden convertirse en un procesador de Kaby Lake, prepárate para asombrarte ...

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Paso uno: conseguir un poco de arena

Como probablemente haya adivinado, los fabricantes de chips no se dirigen a la playa más cercana con JCBs, ni hacen pedidos en grandes cantidades al comerciante de los constructores locales. La arena normal y la arena utilizada en la industria de la construcción suele ser de color rojo, amarillo o naranja debido a la presencia de impurezas. Lo que necesitan los fabricantes de chips es arena de sílice, que normalmente se obtiene de las canteras.

La arena de sílice también se conoce como dióxido de silicio, y como usted sin duda ha adivinado por su nombre, es un compuesto de silicio y oxígeno. Para obtener el silicio, el oxígeno se elimina mezclándolo con carbono y calentándolo en un horno de arco eléctrico a temperaturas superiores a 2.000 grados C. A esas temperaturas, el carbono reacciona con el oxígeno, se convierte en dióxido de carbono y deja el silicio puro en el fondo de el horno. Ese silicio se trata con oxígeno para eliminar las impurezas como el calcio o el aluminio, dejando lo que se conoce como silicio de grado metalúrgico. Eso es hasta un 99% puro.

Desafortunadamente para los fabricantes de chips, eso todavía no es lo suficientemente puro para cumplir con los requisitos de los microprocesadores microscópicos. Por lo tanto, el silicio metalúrgico se refina aún más, esta vez moliéndolo en un polvo fino, agregando cloruro de hidrógeno y calentándolo en un reactor de lecho fluidizado a 300 grados C. Esto crea un compuesto de silicio líquido llamado tricolrosilano, y también crea cloruros de Elementos no deseados como hierro, aluminio, boro y fósforo. Estos se eliminan por destilación fraccionada y el triclorosilano se vaporiza en hidrógeno a 1.000 grados C. Una barra de silicio ultrapura calentada eléctricamente recoge el silicio, y el resultado es silicio de calidad electrónica. Su pureza: 99.999999%..

Resulta que esta fue la parte fácil..

Paso 2: Hacer unos cristales.

El silicio de grado electrónico aún no es perfecto, porque tiene una estructura policristalina. Eso significa que está compuesto de muchos pequeños cristales de silicio, y las uniones entre esos cristales pueden sufrir defectos conocidos como límites de grano. Esos límites pueden provocar el caos con las señales electrónicas, por lo que la estructura del silicio debe cambiarse.

El proceso de hacer eso se llama Proceso Czochralski, e implica fundir el cristal de silicio en un crisol de cuarzo justo por encima del punto de fusión de 1,414 grados C. Luego, se sumerge un diminuto cristal de silicio en el silicio fundido, y se extrae mientras Rotando constantemente en dirección opuesta a la rotación del crisol. Esto atrae al silicio del crisol, creando lo que se conoce como boule. Un boule es una varilla hecha de un solo cristal de silicio, y su tamaño depende de la temperatura, la velocidad de giro y la velocidad a la que el cristal se extrae del líquido. Un boule típico será de unos 300 mm de ancho..

Paso 3: Cortar sus obleas

La barra de silicio circular ahora se corta en obleas, y esas obleas se cortan lo más finas posible sin que sean incapaces de sobrevivir al proceso de fabricación. La barra se corta con un dispositivo que funciona como un cortador de huevos, cortando múltiples rebanadas simultáneamente para crear obleas de 0,775 mm de grosor. El alambre se mueve constantemente y lleva una suspensión de carburo de silicio, el mismo material abrasivo que se usa para hacer papel de lija húmedo y seco. Los bordes afilados de las obleas se suavizan para evitar que se astillen..

A continuación: lapeado, donde las superficies de las obleas se pulen con una lechada abrasiva hasta que las obleas queden planas con una tolerancia de dos milésimas de milímetro. Después de eso, la oblea se graba con una mezcla de ácidos nítrico, fluorhídrico y acético para crear una superficie aún más suave..

Paso 4: Hacer patrones.

Las obleas súper suaves ahora recibirán una capa de óxido, que se utiliza para crear las características requeridas del circuito. Esto se hace selectivamente para áreas específicas, y puede implicar el uso de haces de iones, gases calientes y / o químicos..

Una vez que se conoce a este químico como "fotorresistente", es muy similar a los químicos utilizados para hacer películas fotográficas. Desafortunadamente, eso no es muy bueno para los tratamientos con gas caliente, por lo que la oblea debe ser enmascarada. Esto se hace mediante la aplicación de una capa de óxido con patrón que garantiza que los gases no alcancen los bits de fotorresistencia que el diseñador de chips desea mantener.

Puede haber hasta seis pasos en este proceso:

  • La oblea se calienta a alta temperatura en un horno, creando una capa de dióxido de silicio cuando el silicio reacciona con el oxígeno.
  • Se aplica una capa de fotoprotector, con la oblea girada al vacío para garantizar una cobertura uniforme y luego se seca al horno
  • La oblea se expone a la luz UV a través de una máscara o película fotográfica, una vez por cada chip o grupo de chips en la oblea. La oblea se mueve entre cada exposición utilizando una máquina llamada "paso a paso"
  • Se aplica una solución alcalina que disuelve las secciones de la fotoprotección que se expusieron a la luz UV. Esas secciones son lavadas
  • El ácido hidrofloúrico se utiliza para disolver las partes de la capa de óxido donde se ha lavado la fotoprotección.
  • Se aplica un solvente para eliminar la fotoprotección restante, dejando una capa de óxido modelada en la forma de las características del circuito requeridas