El enfriamiento físico permite reducir más de cien veces la tasa de errores en litografía.

En China presentaron una tecnología que es capaz de eliminar casi por completo los defectos en la fabricación de microchips. Un grupo conjunto de científicos de la Universidad de Pekín y de la Universidad Tsinghua, así como de la Universidad de Hong Kong, informó sobre un método que reduce la cantidad de errores en el proceso de litografía —la etapa clave en la fabricación de chips— en un 99%. El desarrollo ya se considera compatible con las líneas de producción existentes y fue publicado en la revista Nature Communications.

La litografía en microelectrónica se parece a imprimir circuitos sobre obleas de silicio. A través de una máscara especial con el diseño de los circuitos, la radiación ultravioleta se proyecta sobre una capa fotosensible de fotorresina. Después de eso, un disolvente elimina las zonas innecesarias, formando una delgada máscara protectora sobre la que se realizan las operaciones posteriores de grabado e implantación de iones.

En esta etapa con frecuencia aparecen defectos microscópicos que pueden alterar el patrón de las pistas conductoras. Los investigadores determinaron que la principal fuente de defectos está relacionada con moléculas de fotorresina que, tras la disolución, pueden aglomerarse en partículas y volver a depositarse sobre la superficie de la oblea, creando puentes entre las líneas.

Para entender el mecanismo de este fenómeno, el equipo aplicó por primera vez en la industria de semiconductores la criotomografía electrónica. Tras los pasos estándar de la litografía, congelaron instantáneamente la solución de fotorresina a -175 °C, convirtiéndola en un estado vítreo y fijando la posición de las moléculas.

A continuación, los científicos realizaron una reconstrucción tridimensional de la estructura, observando cómo las cadenas poliméricas se entrelazan y forman agregados de alrededor de 30–40 nanómetros. Cerca del 70% de las moléculas no se disolvieron completamente y permanecieron en la interfaz entre el líquido y el aire, desde donde posteriormente se volvieron a depositar en la superficie.

El entendimiento de este mecanismo permitió a los autores proponer una solución en dos fases. Primero aumentaron la temperatura del horneado posterior a la exposición, lo que redujo la tendencia de los polímeros a enredarse. Luego optimizaron el proceso de lavado para mantener las partículas en la superficie del líquido y arrastrarlas con el flujo. La verificación del método en obleas de silicio de 12 pulgadas mostró que la cantidad de defectos se redujo más de cien veces y que la calidad del patrón se mantuvo estable en ensayos repetidos.

Según la consultora QY Research, el mercado mundial de fotorresinas en 2024 se valoró en 6,3 mil millones de dólares y sigue creciendo, con casi el 90% de los suministros controlados por fabricantes de Japón, Estados Unidos y Corea del Sur.

Dado que la fotorresina determina el rendimiento final de los microchips, los fabricantes prestan atención no tanto al precio como a la fiabilidad. El desarrollo chino, que combina la criotomografía y una litografía mejorada, podría cambiar el equilibrio de fuerzas en la industria, permitiendo al país acercarse a la producción de materiales de alta calidad para semiconductores.

El creador del método, Peng Hailin, señaló que la criotomografía electrónica puede ser útil también en otros eslabones del ciclo microelectrónico —desde el grabado hasta la limpieza y el control de calidad—. El nuevo enfoque no requiere modernizar el equipamiento, lo que lo hace especialmente atractivo para su implantación en plantas en funcionamiento y promete una reducción notable del coste de los chips.