Paso a paso: así produce los semiconductores más avanzados del mercado el mayor fabricante del mundo, TSMC

Taiwán Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), el mayor productor de semiconductores del mundo, con un billón de dólares de capitalización bursátil, no solo lidera el mercado global, también guarda celosamente el corazón de su poder tecnológico. Entrar en una de sus fábricas es adentrarse en un entorno donde la precisión atómica y la limpieza absoluta son ley.

Una fábrica de TSMC es, ante todo, un inmenso cuarto limpio. Allí, cualquier mota de polvo es enemiga del progreso. Los pocos trabajadores autorizados para operar en estas áreas altamente automatizadas deben portar trajes de protección, guantes, mascarillas y calzado especial. Antes de cruzar el umbral del área de producción, pasan por una sala de aire a presión que elimina cualquier partícula microscópica adherida a su ropa. Solo así es posible mantener garantizar el proceso de fabricación de los cerebros de nuestros dispositivos electrónicos.

Todo en estas instalaciones está rigurosamente controlado: la humedad, la electricidad estática, la presión e incluso los campos magnéticos. Y es que producir un semiconductor implica manipular estructuras del tamaño de átomos. Estos componentes minúsculos contienen millones —o incluso cientos de millones— de transistores en una sola oblea (wafer, en inglés), lo que permite ejecutar una asombrosa variedad de funciones con un nivel de complejidad creciente.

El proceso comienza mucho antes del contacto físico con el silicio. Los ingenieros utilizan sofisticadas herramientas de diseño asistido por ordenador para crear los patrones de los circuitos integrados. Estos se traducen en fotomáscaras, cada una correspondiente a una capa del chip. Cuanto más complejo sea el diseño, mayor será el número de capas necesarias, y por tanto, de fotomáscaras.

La base física del semiconductor es una oblea de silicio, fabricada a partir de polisilicio calentado que luego se cristaliza y se corta en finas láminas. Estas obleas pasan por una cadena de procesos de fabricación que requieren máxima precisión y condiciones estables. En la etapa de difusión, se usan hornos de alta temperatura para formar películas delgadas que dotan a la oblea de propiedades aislantes. Luego, en la fase de deposición química de vapor, los gases reaccionan en la superficie y se convierten en finas capas sólidas.

A continuación, las obleas son mandadas al área de fotolitografía donde se aplica una capa de líquido fotosensible conocida como fotorresistencia. Se coloca una fotomáscara sobre la oblea e, iluminándola, se transfiere el patrón deseado. Tras un proceso de revelado, este patrón se graba químicamente sobre la superficie. Luego, el área de implantación de iones se modifica la conductividad de ciertas zonas de la oblea mediante la inserción controlada de átomos, dándole las propiedades necesarias para que funcione como componente electrónico.

Para que el circuito integrado logre las funciones dadas por el diseño estos componentes electrónicos deben estar conectados con cableado metálico. Por ello, más adelante se deposita una capa metálica sobre la oblea mediante pulverización catódica o deposición química de vapor que permitirá conectar entre sí todos los elementos del circuito. Este cableado también debe grabarse y definirse con exactitud. Una vez completadas todas las capas, se procede al pulido químico-mecánico, una etapa clave para alisar la superficie y dejarla lista para el siguiente ciclo de procesamiento o el empaquetado.

Cuando el diseño está completamente implementado, la oblea pasa una rigurosa serie de controles de calidad. Luego se corta en diminutos chips individuales, se encapsulan y se prueban antes de su envío. Cada uno de esos chips, invisibles a simple vista, puede ser la pieza fundamental de un teléfono, un coche eléctrico o un superordenador. Todos estos detalles se pueden conocer en el museo corporativo de TSMC, situado en la ciudad taiwanesa de Hsinchu, donde la compañía nació y tiene su sede corporativa. TSMC repite esta coreografía 24 horas al días los 365 días del año para generar 17 millones de obleas anuales, consolidando su liderazgo mundial desde dentro de sus silenciosos y herméticos laboratorios.