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Arranque de Laboratorio de MEMS con la implementación de procesos de
Semiconductores para la generación de dispositivos Nano electrónicos a
nivel Investigación y Desarrollo.
Ing. Oscar Rodrigo Dávila Rubio
[email protected]
RD Research & Technology S.A. de C.V.
1. CONTENIDO.
Nuestro proyecto contempla la adecuación de infraestructura de servicios para
planta piloto del proceso de Semiconductores y la adquisición de equipamiento de
Nano fabricación que nos permita tener una migración de los MEMS a la
Nanotecnología aplicada en Bio Medicina Electrónica. La infraestructura de
servicios de procesos de Semiconductores, debe contar con instalaciones de:
agua des ionizada, nitrógeno, oxigeno, vacío, barrido de gases, contenedores de
desechos solventes y orgánicos, contenedores de desechos ácidos, rack de
gabinete de gases, y un sistema de dosificación de químicos. En cuanto al
proceso de Semiconductores, necesitamos equipamiento para realizar Deposición
química de vapor (CVD), que es un proceso de síntesis en el cuál los
constituyentes químicos reaccionan en la fase de vapor, al estar cerca o sobre un
substrato (en nuestro caso 4 pulgadas), para formar un producto sólido.
Este proyecto permitirá que por primera vez en la región del Estado de Sonora, se
tenga la capacidad de producir y fabricar prototipos MEMS y Dispositivos
semiconductores con aplicaciones en Nano electrónica. De la misma forma se
fortalecen los sistemas educativos de las Universidades participantes, para
introducirse y desarrollarse en las áreas de diseño y simulación de dispositivos
MEMS y Nano electrónica. Se agregará un miembro más a nuestra red de
investigación, fortaleciendo el territorio abarcado por la misma en el Estado de
Sonora. Se iniciará con la Biblioteca de Educación virtual en Semiconductores
MEMS y NEMS. Se implementarán procesos de deposición química de vapor,
pulverización iónica y catódica.
Desde el año 2007 se decidió formar parte de la AERI sobre MEMS, en donde RD
Research & Technology es socio fundador con liderazgo de FUMEC y la
participación de otras empresas y universidades del país. La red de investigación
entre instituciones de educación superior y empresas privadas, tiene como
objetivo la formación de recursos humanos con capacidad científica de desarrollo,
diseño y simulación de dispositivos de alta tecnología en Semiconductores, MEMS
y Nano electrónica. Uno de los proyectos prioritarios en esta red y dentro de su
plan de desarrollo es crear infraestructura tecnológica en empresas e instituciones
de educación superior interesadas en el tema. Desde el año 2009 RD Research &
Technology inició este esfuerzo con un proyecto para contar con infraestructura en
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Queda prohibida la reproducción total o parcial de este material por cualquier medio sin el previo y expreso consentimiento
por escrito de la Universidad TECVirtual del lnstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey.
sus instalaciones y asimismo en las universidades del estado de Sonora, que fue
apoyado por Conacyt. Este proyecto constituye la continuación y consolidación de
dicho esfuerzo encaminado a lograr la fabricación de prototipos MEMS, NEMS y
semiconductores en RD Research & Technology. Hoy en día, la generación de
tecnología de punta en el área de la electrónica, proviene de una combinación
entre aplicaciones de Semiconductores, MEMS y NEMS. Mediante la explotación
científica de éstas tres ramas de la electrónica, teniendo el recurso humano
calificado y el equipamiento de laboratorio necesario, podemos ser parte del grupo
selecto de generadores de la nueva electrónica. Nuestra industria de aplicación
principal es la Bio Medicina. Los MEMS son dispositivos electromecánicos con
dimensiones microscópicas. Debido a su tamaño, la fabricación de los MEMS
debe ser realizada bajo el mismo proceso de Semiconductores y Circuitos
Integrados. Esto facilita la capacidad de desarrollar mecanismos con electrónica
integrada para su funcionamiento. Los NEMS a su vez, son dispositivos con
características similares en mecánica e integración, pero a nivel Nanométrico. La
Revolución de la Nano y Micro tecnología, será parte fundamental del avance de
los materiales, dispositivos y sistemas, que serán diseñados, fabricados y
utilizados en el futuro. Los Chips Semiconductores, son básicamente hechos
desde miles a millones de transistores los cuáles son empaquetados en una
pequeña pieza de Silicón. A su vez, los transistores son swicthes electrónicos que
contienen partes no movibles, pero que utilizan electricidad para activar o
desactivarse. Estos transistores están cableados entre si, usando aluminio, cobre
para desarrollar diferentes funciones. La evolución de un chip semiconductor a un
sistema micro electro mecánico (MEMS), combina la manufactura de circuitos
integrados y técnicas de Micro maquinados para instalar motores, sensores,
bombas, válvulas, receptores de radio y antenas en un Chip. Los nuevos
fenómenos en Nano y Micro electromecánica, física, química, manufactura, control
de complejas estructuras, el diseño de arquitectura a macro escala y su
optimización entre otros, son problemas que actualmente están siendo estudiados
y representan una oportunidad y necesidad de desarrollo para cualquier Economía
a nivel mundial. Durante los últimos años, el Gobierno de Estados Unidos y la
industria de alta tecnología del mismo país ha invertido fondos grandes en ciencia
básica y aplicada en NEMS y MEMS, debido a su gran potencial tecnológico,
social y económico. Actualmente el Laboratorio de Investigación en MEMS de
nuestra compañía, cuenta con equipamiento necesario para desarrollar procesos
de MEMS a nivel de 1 micrón, con una pequeña línea de procesamiento piloto en
Wafer de 4 pulgadas. Queremos completar el ciclo de desarrollo en Bio Medicina
electrónica, mediante la implementación de sistemas para procesos de
Semiconductores, que nos permitan obtener a nivel Investigación y Desarrollo,
Micro y Nano dispositivos para aplicaciones en electrónica. Contamos como 170
metros cuadrados de área de cuartos limpios, que incluyen Clase 1000, Clase
100, Clase 10 y Clase 1.
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El instituto Tecnológico de Hermosillo (ITH), el Instituto Tecnológico de Cajeme
(ITESCA), cuentan actualmente con áreas de simulación para micro y nano
tecnología con 33 Estaciones de trabajo, ambas instituciones en conjunto cuentan
con aulas interactivas con conexiones de enlace entre todos los demás miembros
de la red.
- Objetivo
Puesta en Marcha en RD Research & Technology, del Laboratorio de MEMS, con
el fortalecimiento de los procesos de fabricación, introduciendo equipamiento que
permita la fabricación de Semiconductores con aplicaciones en Nano electrónica.
Fortalecimiento de los sistemas educativos de las Universidades participantes en
nuestra red de investigación, con el fin de permitir que sus alumnos puedan
desempeñar labores en diseño y simulación de dispositivos electrónicos, a nivel
Micro y Nanométrico.
- Alcances
En RD Research & Technology, adecuación de infraestructura del área de
servicios para la planta piloto de semiconductores. Adquisición de equipamiento
para aplicaciones de Nano electrónica en Obleas (Wafers de 4 pulgadas), equipo
de deposición química de vapor, equipo de pulverización catódica, equipo de
pulverización Ionica, perfilómetro con capacidad de 1 nanómetro. En Universidad
de la Sierra, dotar de infraestructura para diseño de MEMS. En ITH e ITESCA,
fortalecimiento de capacidades en diseño de MEMS mediante asesoría de
personal especializado.
- Impactos
•
Incrementa la vinculación científica entre empresa y científicos Mexicanos,
con el objetivo de desarrollar ciencia comercializable y generadora de un
futuro mercado Mexicano de alta tecnología en Semiconductores, Micro y
Nano electrónica.
•
Incrementa las capacidades de generación de tecnología en el País y en el
Estado de Sonora, por el fortalecimiento de las aplicaciones de
Semiconductores con aplicaciones en MEMS y NEMS.
•
Impulso de la educación de alto nivel enfocada al diseño, simulación y
generación de tecnología, con el soporte de recurso humano científico y
herramientas de educación virtual.
•
Impulso a que México y el Estado de Sonora incursionen y adquieran
presencia a nivel mundial en el sector tecnológico de Semiconductores,
Micro y Nanotecnología.
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•
Fortalecimiento de los servicios especializados de inteligencia, asesorías,
manejo de propiedad intelectual y diseño para contribuir al desarrollo de la
micro y nanotecnología en México.
•
Fomentar el desarrollo económico estatal, mediante la generación de
capital humano capaz de no sólo manufacturar, sino generar tecnologías,
en las áreas de Micro y Nanotecnología.
•
Generación de clases digitalizadas en las áreas de Micro y Nanotecnología,
impartidas por especialistas reconocidos a nivel internacional.
•
Amplitud de valor para egresados de Universidades participantes de la red,
quien diseña nanotecnología puede diseñar micro tecnología y quien diseña
micro tecnologías puede diseña mecatrónica.
•
Fomenta la creación de empleos de alto valor.
2. RESULTADOS.
Durante este proyecto, se realizó la construcción del cuarto de máquinas para
procesos de semiconductores. En dichas instalaciones se albergarán los sistemas
de enfriamiento chiller, el sistema contra incendio grado semiconductor, los
sistemas de gases para semiconductores (Amonia, Silano, Nitrogeno, Argón,
Hidrógeno, Óxido Nitroso, Mezcla PPM Di borano-Argón y Cloruro de Hidrógeno),
el sistema de barrido de gases, el sistema de des ionización de agua y las
manejadoras de aire.
La adquisición de equipos de laboratorio, implicó un proceso de búsqueda,
selección y evaluación intensivo. Para el cual, integrantes del equipo de trabajo
realizaron viajes a China, Corea y Estados Unidos con la finalidad de identificar las
opciones convenientes y recibir asesoría directa de los proveedores de equipos
especializados requeridos. Aunado a esto también se contó con la asesoría por
parte de investigadores nacionales y extranjeros expertos en el tema para la
selección y evaluación de equipos, esto con la finalidad de garantizar el adecuado
funcionamiento de nuestras instalaciones.
Es en este sentido, que se realizó la adquisición de equipos de evaporación por
haz de electrones, y un equipo de deposición química de vapor por plasma
(PECVD), un equipo de procesamiento rápido térmico en obleas de 4 pulgadas.
También, para el fortalecimiento del área de nano dispositivos electrónicos, se
adquirió un equipo de procesos para el desarrollo de: Nano hilos de óxido de Zinc,
Nano hilos de Silicio, Polysilicón, y procesos de oxidación térmica de silicón.
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Se adquirió también un equipo de grabado por iones reactivos, un equipo de
limpieza por plasma, un equipo de limpieza por perileno, y un equipo de
deposición atómica de capas en obleas de 4 pulgadas.
Desde principios de año la empresa sostuvo relación con las instituciones de
educación superior participantes en el proyecto, de esta forma se inicio la
planeación del tipo de colaboración a desarrollarse para el proyecto y a su vez se
identificaron actividades especificas para cada una de las instituciones. Una vez
recibido el apoyo por parte de Conacyt, se procedió el ejercicio de los recursos.
En este sentido, Instituto Tecnológico de Hermosillo, Instituto Tecnológico de
Cajeme y Universidad de la Sierra, realizaron la construcción de cuartos limpios de
alrededor de 25 metros cuadrados en cada uno, con una estación de pruebas y
mesa anti vibratoria, así como equipamiento de caracterización electrónica de
MEMS. Universidad de Sonora, por su parte inició con la adquisición de equipos
para procesos de materiales y semiconductores.
Los objetivos en cuanto al equipamiento de proceso de MEMS se lograron al
100% y se superaron en cuanto a la adquisición de equipamientos para el
desarrollo de Nano dispositivos electrónicos. Conjuntado a la infraestructura que
ya se tenía en la empresa, RD Research & Technology, contará con un laboratorio
capaz de realizar prototipos electrónicos a nivel micro y nanométrico, certificado
con áreas de cuartos limpios. Se tiene una planta que genere a nivel investigación
y desarrollo: MEMS, procesos de semiconductores y Nanodispositivos
electrónicos.
Se logró la adecuación de una planta piloto para procesos de semiconductores, la
cual incluirá 10 diversos gases, con instalaciones grado semiconductor, y sistemas
de limpieza de gases.
Se fortaleció la infraestructura y capacidades las instituciones de educación
superior participantes en el proyecto, los cuales tendrán cuartos limpios para
caracterización electrónica de MEMS, y también adquirieron software para el
diseño de MEMS. Esto se adiciona a la infraestructura de diseño y simulación de
micro y nanotecnologías desarrollada en 2009, y a su vez permite llevar a cabo
pruebas y caracterización de dispositivos en instalaciones de las universidades.
3. CONCLUSIONES.
3.1. Recomendaciones con base en la experiencia.
A partir del apoyo a éste proyecto, un área de fabricación de cuartos limpios con
procesos para MEMS, Semiconductores y Nano dispositivos electrónicos en
obleas de 4 pulgadas, con procesos de: Deposición atómica de capa (ALD),
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Litografía por haz de electrones, evaporación por haz de electrones, procesos en
bases –solidos –solventes, procesos térmicos rápida (RTP), deposición química
de vapor por plasma (PECVD), horno para obleas, alineador de máscaras de
doble lado, y un desarrollador de obleas, para foto máscaras.
También se construyó un área de cuarto de máquinas de 630 metros cuadrados
para suplir de procesos de semiconductores a los cuartos limpios y áreas de
fabricación, que cuenta con manejadores de agua, equipo para des ionización de
agua y gabinetes de gases con: Amonia, Silano, Nitrogeno, Argón, Hidrógeno,
Óxido Nitroso, Mezcla PPM Di borano-Argón y Cloruro de Hidrógeno. Se fortaleció
una universidad con la adquisición de equipos para procesos térmicos y desarrollo
de nuevos materiales semiconductores. Se fortalecieron tres universidades con la
adquisición de áreas e cuartos limpios, para caracterización de MEMS.
Las capacidades que hoy se tienen en el estado de Sonora y en México para el
desarrollo de MEMS y Nano dispositivos electrónicos, han aumentado por la
infraestructura que ha sido adquirida por este proyecto. De la misma forma se
organizó el primer simposio de investigación den Semiconductores, Micro y
Nanotecnología, con el cual se planea aumentar el nivel de investigación entre
todas las instituciones participantes de nuestra red de investigación.
Para nosotros es vital el apoyo en este proyecto, puesto que tenemos gran parte
del equipo necesario para fabricar Micro electro mecanismos a nivel micrométrico,
pero no completamos el proceso. Si recibimos el apoyo, tendríamos la primer área
de micro y nano fabricación, con cuartos limpios certificados y con procesos
completos para microsistemas. De la misma forma enriquecemos la capacidad de
desarrollo tecnológico, con la incursión de procesos de litografía de haz de
electrones y procesos de deposiciones atómicas en capas finas.
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