El documento describe la historia y proceso de fabricación de los circuitos integrados. Los circuitos integrados se originaron en la década de 1940 y su producción involucra etapas como oxidación, difusión, metalización y fotolitografía. Los componentes electrónicos más usados en los circuitos integrados son los transistores MOSFET y resistores formados mediante difusión en el silicio.

1. Universidad de la Salle elaboración eficaz de los dispositivos
(Candelaria) electrónicos de antaño como los de la
actualidad.
Jaime López cortes
42091034 Refiriendo se a la historia de estos
dispositivos es pertinente resaltar que En
Electrónica 1 abril de 1949, el ingeniero alemán Werner
Grupo: 1 Jacobi (Siemens AG) completa la primera
solicitud de patente para circuitos integrados
Elaboración y clasificación de circuitos con dispositivos amplificadores de
integrados semiconductores. Jacobi realizó una típica
aplicación industrial para su patente, la cual
no fue registrada.
Más tarde, la integración de circuitos fue
conceptualizada por el científico de radares
Geoffrey W.A. Dummer (1909-2002), que
estaba trabajando para la Royal Radar
Los circuitos integrados como su nombre lo
Establishment del Ministerio de Defensa
indica son la agrupación de una
Británico, a finales de la década de 1940 y
configuración de un circuito contenida en un
principios de la década de 1950.
medio o dispositivo el cual según sus
especificaciones de fábrica y utilidad varían
Proceso de elaboración de los circuitos
las diferentes posiciones en los cuales se este
integrados
mismo se alimenta para su funcionamiento
como también este recibe, se entrega
información en forma de señales eléctricas
La fabricación de circuitos integrados es un
las cuales son el producto del proceso que
proceso complejo y en el que intervienen
dicho circuitos realicen según su
numerosas etapas. Cada fabricante de
especificación.
circuitos integrados tiene sus propias
técnicas que guardan como secreto de
Basándose en el descubrimiento y el uso de
empresa, aunque las técnicas son parecidas.
los diodos en la década de los años 60, la
elaboración de los circuitos integrados tuvo
Los dispositivos integrados pueden ser tanto
un crecimiento de carácter exponencial
analógicos como digitales, aunque todos
debido a la versatilidad que estos chips
tienen como base un material
tuvieron y tienen debido a su eficiencia poco
semiconductor, normalmente el silicio.
tamaño y bajo consumo, como también la
capacidad que estos han tenido con el paso
del tiempo para incluir dentro de estos más
configuraciones de circuitos por lo tanto
haciéndolos indispensables para la

2. Tecnología de Fabricación fácil de oxidar para formar un excelente
aislante SiO2 (vidrio). Este óxido nativo es
útil para construir capacitores y MOSFET.
También sirve como barrera de protección
contra la difusión de impurezas indeseables
hacia el mineral adyacente de silicio de alta
pureza. Esta propiedad de protección del
oxido de silicio permite que sus propiedades
eléctricas sean fáciles de modificar en áreas
La fabricación de circuitos integrados a predefinidas. Por consiguiente, se pueden
grande escala se explica a través de un construir elementos activos y pasivos en la
procedimiento VLSI (por sus siglas en inglés) misma pieza material (o sustrato). Entonces
con silicio estándar. Se presentan las los componentes pueden interconectarse
características de los dispositivos disponibles con capas de metal (similares a las que se
en tecnologías de la fabricación CMOS y utilizan en las tarjetas de circuito impreso)
BiCMOS, donde se analizarán los aspectos de para formar el llamado circuito integrado
diseño de los circuitos integrados que son monolítico, que es en esencia una pieza
distintos a los del diseño de circuitos única de metal.
discretos. Por consiguiente, entender las
características del dispositivo es esencial al Pasos Generales de Fabricación de un
diseñar buenos VLSI a la medida o circuitos Circuito Integrado formado por Silicio como
integrados para aplicaciones específicas. Este componente activo.
método considera solo tecnologías que se Los pasos de fabricación básica se pueden
basan en el silicio; ya que es el material más realizar muchas veces, en diferentes
popular, gracias a que posee una amplia combinaciones y en diferentes condiciones
variedad de compromisos costo desempeño. de procedimiento durante un turno de
Desarrollos recientes en tecnologías de SiGe fabricación completo.
y silicio, sometido a esfuerzo, reforzarán aún
más la posición de los procesos de
fabricación que se basan en este elemento
en la industria microelectrónica en los años
venideros.
El silicio es un elemento abundante que
existe naturalmente en forma de arena.
Puede ser refinado por medio de técnicas
Preparación de la oblea El material inicial
bien establecidas de purificación y
para los circuitos integrados modernos es el
crecimiento de cristales. El silicio también
Silicio de muy alta pureza, donde adquiere la
exhibe propiedades físicas apropiadas para la
forma de un cilindro sólido de color gris
fabricación de dispositivos activos con
acero de 10 a 30 cm de diámetro y puede ser
buenas características eléctricas, además es
de 1m a 2m de longitud (Figura 1). Este

3. cristal se rebana para producir obleas Difusión Es el proceso mediante el cual los
circulares de 400um a 600um de espesor, átomos se mueven de una región de alta
(1um es igual a 1x10-6 metros). Después, se concentración a una de baja a través del
alisa la pieza hasta obtener un acabado de cristal semiconductor. En el proceso de
espejo, a partir de técnicas de pulimento manufactura la difusión es un método
químicas y mecánicas. Las propiedades mediante el cual se introducen átomos de
eléctricas y mecánicas de la oblea dependen impurezas en el Silicio para cambiar su
de la orientación de los planos cristalinos, resistividad; por lo tanto, para acelerar el
concentración e impurezas existentes. Para proceso de difusión de impurezas se realiza a
lograr tener mayor resistividad, se necesita altas temperaturas (1000 a 1200 °C), esto
alterar las propiedades eléctricas del Silicio a para obtener el perfil de dopaje deseado. Las
partir de un proceso conocido como dopaje. impurezas más comunes utilizadas como
Una oblea de silicio tipo n excesivamente contaminantes son el Boro (tipo p), el
impurificado (baja resistividad) sería Fósforo (tipo n) y el Arsénico (tipo n). Si la
designada como material n+, mientras que concentración de la impureza es
una región levemente impurificada se excesivamente fuerte, la capa difundida
designaría n-. también puede utilizarse como conductor.
Oxidación Se refiere al proceso químico de Implantación de iones Es otro método que se
reacción del Silicio con el Oxígeno para utiliza para introducir átomos de impurezas
formar Bióxido de Silicio (SiO2). Para acelerar en el cristal semiconductor. Un implantador
dicha reacción se necesitan de hornos de iones produce iones del contaminante
ultralimpios especiales de alta temperatura. deseado, los acelera mediante un campo
El Oxígeno que se utiliza en la reacción se eléctrico y les permite chocar contra la
introduce como un gas de alta pureza superficie del semiconductor. La cantidad de
(proceso de “oxidación seca”) o como vapor iones que se implantan puede controlarse al
(“oxidación húmeda”). La Oxidación húmeda variar la corriente del haz (flujo de iones).
tiene una mayor tasa de crecimiento, aunque Este proceso se utiliza normalmente cuando
la oxidación seca produce mejores el control preciso del perfil del dopaje es
características eléctricas. Su constante esencial para la operación del dispositivo.
dieléctrica es 3.9 y se le puede utilizar para
fabricar excelentes capacitores. El Bióxido de Deposición por medio de vapor químico Es
de Silicio es una película delgada, un proceso mediante el cual gases o vapores
transparente y su superficie es altamente se hacen reaccionar químicamente, lo cual
reflejante. Si se ilumina con luz blanca una conduce a la formación de sólidos en un
oblea oxidada la interferencia constructiva y sustrato. Las propiedades de la capa de óxido
destructiva hará que ciertos colores se que se deposita por medio de vapor químico
reflejen y con base en el color de la no son tan buenas como las de un óxido
superficie de la oblea se puede deducir el térmicamente formado, pero es suficiente
espesor de la capa de Óxido. para que actúe como aislante térmico. La
ventaja de una capa depositada por vapor
químico es que el óxido se deposita con

4. rapidez y a una baja temperatura (menos de circuitos eléctricamente se separan unos de
500°C). otros (rebanándolos) y los buenos
(“pastillas”) se montan en cápsulas
Metalización Su propósito es interconectar (“soportes”). Normalmente se utilizan
los diversos componentes (transistores, alambres de oro para conectar las terminales
capacitores, etc.) para formar el circuito del paquete al patrón de metalización en la
integrado que se desea, implica la deposición pastilla; por último, se sella el paquete con
inicial de un metal sobre la superficie del plástico o resina epóxica al vacio o en una
Silicio. El espesor de la película del metal atmósfera inerte.
puede ser controlado por la duración de la
deposición electrónica, que normalmente es Componentes Electrónicos más usados en el
de 1 a 2 minutos. diseño de circuitos:
Fotolitografía Esta técnica es utilizada para
definir la geometría de la superficie de los
diversos componentes de un circuito
integrado. Para lograr la fotolitografía,
primeramente se debe recubrir la oblea con
una capa fotosensible llamada sustancia
fotoendurecible que utiliza una técnica
MOSFET Se prefiere el MOSFET canal n al
llamada “de giro”; después de esto se
MOSFET canal p. La movilidad de la
utilizará una placa fotográfica con patrones
superficie de electrones del dispositivo de
dibujados para exponer de forma selectiva la
canal n es de dos a cuatro veces más alta a la
capa fotosensible a la iluminación
de los huecos. Este transistor ofrece una
ultravioleta. Las áreas opuestas se
corriente más alta y una resistencia baja; así
ablandarán y podrán ser removidas con un
como una transconductancia más alta. Su
químico, y de esta manera, producir con
diseño se caracteriza por su voltaje de
precisión geometrías de superficies muy
umbral y sus tamaños de dispositivos, en
finas. La capa fotosensible puede utilizarse
general, los MOSFET (tipo n o p) se diseñan
para proteger por debajo los materiales
para que tengan voltajes de umbral de
contra el ataque químico en húmedo o
magnitud similar para un proceso particular;
contra el ataque químico de iones reactivos.
por lo tanto, los circuitos MOSFET son mucho
Este requerimiento impone restricciones
más flexibles en su diseño.
mecánicas y ópticas muy críticas en el equipo
de fotolitografía.
Resistores Las regiones de distinta difusión
tienen diferente resistividad. El pozo n en
Empacado Una oblea de Silicio puede
general se utiliza para resistores de valor
contener varios cientos de circuitos o chips
medio, mientras que las difusiones n+ y p+
terminados, cada chip puede contener de 10
son útiles para resistores de valor bajo.
a 108 o más transistores en un área
Cuando se diseña un valor real de una
rectangular, típicamente entre 1 mm y 10
resistencia se hace a través del cambio de la
mm por lado. Después de haber probado los

5. longitud y el ancho de las regiones p Transistor pnp lateral Cuando se utilizan
difundidas. Todos los resistores difundidos este tipo de dispositivos electrónico, el pozo
están autoaislados por las uniones pn n sirve como región de base n con difusiones
polarizadas a la inversa. Sin embargo una p+ como emisor y colector. La separación de
desventaja es que están acompañados por entre las dos difusiones determina el ancho
una sustancial capacitancia parásita de unión de la base. Como el perfil de dopaje no está
que los hace no muy útiles en el uso de perfeccionado para las uniones base-
frecuencias altas. Además, es posible que colector, y como el ancho de la base está
exista una variación en el valor real de la limitado por la resolución de fotolitográfica
resistencia cuando se aumenta el voltaje mínima, el desempeño de este dispositivo no
debido a un efecto llamado JFET. Para es muy bueno.
obtener un valor más exacto, se recomienda
que se fabrique con una capa de polisilicio e Resistores de base p y de base estrecha La
que se coloca encima del grueso campo de difusión en la base p se puede utilizar para
Óxido. formar un resistor de base p directo. Como la
región de la base es, por lo general, de un
Capacitores Existen 2 tipos de estructura de nivel de dopaje relativamente bajo y con una
capacitor en los procesos CMOS, capacitores profundidad de unión moderada, es
MOS y de interpolietileno. La capacitancia de adecuada para resistores de valor medio. Si
compuerta MOS es básicamente la se requiere un resistor de valor grande, se
capacitancia de compuerta a fuente de un puede utilizar el de base estrecha; ya que
MOSFET, la cual depende del área de dicha exhiben malos coeficientes de tolerancia y
compuerta; este capacitor exhibe una gran temperatura pero una coincidencia
dependencia del voltaje, para eliminar este relativamente buena.
problema, se requiere un implante n+
adicional para formar la placa inferior de los
capacitores. Estos dos capacitores MOS Existen tres tipos de circuitos integrados:
están físicamente en contacto con el
sustrato, lo que produce una gran Circuitos monolíticos: Están fabricados en un
capacitancia parásita en la unión pn en la solo monocristal, habitualmente de silicio,
placa inferior. El capacitor interpoli exhibe pero también existen en germanio, arseniuro
características casi ideales pero a expensas de galio, silicio-germanio, etc.
de la incluir una segunda capa de polisilicio Circuitos híbridos de capa fina: Son muy
en el proceso CMOS, donde los efectos similares a los circuitos monolíticos, pero,
parásitos se mantienen al mínimo. Para los 2 además, contienen componentes difíciles de
tipos de capacitores anteriormente (interpoli fabricar con tecnología monolítica. Muchos
y MOS), los valores de capacitancia pueden conversores A/D y conversores D/A se
controlarse hasta un margen de error de 1%. fabricaron en tecnología híbrida hasta que
Esta propiedad es extremadamente útil para los progresos en la tecnología permitieron
diseñar circuitos CMOS análogos de fabricar resistencias precisas.
precisión. Circuitos híbridos de capa gruesa: Se apartan
bastante de los circuitos monolíticos. De

6. hecho suelen contener circuitos monolíticos GLSI (Giga Large Scale Integration) giga
sin cápsula (dices), transistores, diodos, etc, grande: más de un millón de transistores
sobre un sustrato dieléctrico, En cuanto a las funciones integradas, los
interconectados con pistas conductoras. Las circuitos se clasifican en dos grandes grupos:
resistencias se depositan por serigrafía y se
ajustan haciéndoles cortes con láser. Todo Circuitos integrados analógicos.
ello se encapsula, tanto en cápsulas plásticas Pueden constar desde simples transistores
como metálicas, dependiendo de la encapsulados juntos, sin unión entre ellos,
disipación de potencia que necesiten. En hasta dispositivos completos como
muchos casos, la cápsula no está amplificadores, osciladores o incluso
"moldeada", sino que simplemente consiste receptores de radio completos.
en una resina epoxi que protege el circuito. Circuitos integrados digitales.
En el mercado se encuentran circuitos Pueden ser desde básicas puertas lógicas (Y,
híbridos para módulos de RF, fuentes de O, NO) hasta los más complicados
alimentación, circuitos de encendido para microprocesadores o microcontroladores.
automóvil, etc. Éstos son diseñados y fabricados para
cumplir una función específica dentro de un
Clasificación de los circuitos integrados sistema. En general, la fabricación de los CI
es compleja ya que tienen una alta
integración de componentes en un espacio
muy reducido de forma que llegan a ser
microscópicos. Sin embargo, permiten
grandes simplificaciones con respecto los
antiguos circuitos, además de un montaje
más rápido.
Limitaciones de los circuitos
Integrados Existen ciertos límites físicos y
económicos al desarrollo de los circuitos
los circuitos integrados se clasifican en:
integrados. Básicamente, son barreras que se
van alejando al mejorar la tecnología, pero
SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel:
no desaparecen. Las principales son:
de 10 a 100 transistores
MSI (Medium Scale Integration) medio: 101 a
Disipación de potencia-Evacuación del calor
1.000 transistores
LSI (Large Scale Integration) grande: 1.001 a
Los circuitos eléctricos disipan potencia.
10.000 transistores
Cuando el número de componentes
VLSI (Very Large Scale Integration) muy
integrados en un volumen dado crece, las
grande: 10.001 a 100.000 transistores
exigencias en cuanto a disipación de esta
ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra
potencia, también crecen, calentando el
grande: 100.001 a 1.000.000 transistores
sustrato y degradando el comportamiento
del dispositivo. Además, en muchos casos es

7. un sistema de realimentación positiva, de de reloj, etc, es importante mantener la
modo que cuanto mayor sea la temperatura, impedancia de las líneas y, todavía más, en
más corriente conducen, fenómeno que se los circuitos de radio y de microondas.
suele llamar "embalamiento térmico" y, que
si no se evita, llega a destruir el dispositivo.
Los amplificadores de audio y los reguladores
de tensión son proclives a este fenómeno,
por lo que suelen incorporar protecciones
térmicas. Límites en los componentes
Los circuitos de potencia, evidentemente, Los componentes disponibles para integrar
son los que más energía deben disipar. Para tienen ciertas limitaciones, que difieren de
ello su cápsula contiene partes metálicas, en las de sus contrapartidas discretas.
contacto con la parte inferior del chip, que
sirven de conducto térmico para transferir el Resistencias. Son indeseables por necesitar
calor del chip al disipador o al ambiente. La una gran cantidad de superficie. Por ello sólo
reducción de resistividad térmica de este se usan valores reducidos y en tecnologías
conducto, así como de las nuevas cápsulas de MOS se eliminan casi totalmente.
compuestos de silicona, permiten mayores Condensadores. Sólo son posibles valores
disipaciones con cápsulas más pequeñas. muy reducidos y a costa de mucha superficie.
Como ejemplo, en el amplificador
Los circuitos digitales resuelven el problema operacional μA741, el condensador de
reduciendo la tensión de alimentación y estabilización viene a ocupar un cuarto del
utilizando tecnologías de bajo consumo, chip.
como CMOS. Aun así en los circuitos con más Bobinas. Se usan comúnmente en circuitos
densidad de integración y elevadas de radiofrecuencia, siendo híbridos muchas
velocidades, la disipación es uno de los veces. En general no se integran.
mayores problemas, llegándose a utilizar
experimentalmente ciertos tipos de Densidad de integración
criostatos. Precisamente la alta resistividad
térmica del arseniuro de galio es su talón de
Aquiles para realizar circuitos digitales con él.
Capacidades y autoinducciones parásitas
Este efecto se refiere principalmente a las Durante el proceso de fabricación de los
conexiones eléctricas entre el chip, la cápsula circuitos integrados se van acumulando los
y el circuito donde va montada, limitando su defectos, de modo que cierto número de
frecuencia de funcionamiento. Con pastillas componentes del circuito final no funcionan
más pequeñas se reduce la capacidad y la correctamente. Cuando el chip integra un
autoinducción de ellas. En los circuitos número mayor de componentes, estos
digitales excitadores de buses, generadores

8. componentes defectuosos disminuyen la
proporción de chips funcionales. Es por ello
que en circuitos de memorias, por ejemplo,
donde existen millones de transistores, se
fabrican más de los necesarios, de manera
que se puede variar la interconexión final
para obtener la organización especificada
Bibliografía
-Enciclopedia libre encarta 2004
-enciclopedia libre Wikipedia
-tec.nologia.com
-
elblogdesmr.blogspot.com/2010/11/glosario
-sist-de-codificaciones.html