La Sala Blanca reforça les seves capacitats tecnològiques per a afrontar els reptes de la dècada vinent

Noves capacitats científiques en tecnologies emergents i més eficiència en el consum d'energia marquen una nova etapa per a la Sala Blanca de Micro i Nanofabricació del Consell Superior de Recerques Científiques (CSIC), allotjada i gestionada per l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC).

Aquesta transformació s'emmarca dins de les actuacions establertes en el marc del Pla Estratègic MicroNanoFabs, possibles gràcies al finançament rebut a través del Pla de Recuperació, Transformació i Resiliència, així com pel Projecte Estratègic per a la Recuperació i Transformació Econòmica de Microelectrònica i Semiconductors (PERTE Xip), així mateix finançats per la Unió Europea Next Generation EU.

El pla estratègic s'articula en dues grans línies d'actuació: “reforçar les capacitats científiques i tecnològiques per a afrontar els reptes actuals i futurs de la ciència; i, d'altra banda, renovar les infraestructures que garanteixen el funcionament de la sala per a reduir les nostres emissions”, explica David Quirion, director de la Sala Blanca del l'IMB-CNM.

En aquest context, destaca la incorporació de capacitats per a noves tecnologies i equipament avançat per a materials emergents més enllà del silici convencional.

L'actual Sala Blanca de l'IMB-CNM és una instal·lació de 1.500 metres quadrats dissenyada per a la fabricació d'alta precisió de semiconductors. Per a això, és necessari mantenir unes condicions constants de temperatura, humitat i pressió de manera ininterrompuda; així com comptar amb, per exemple, lloses antivibratòries i protocols de treball per a evitar la contaminació de les mostres. Aquest control és essencial per a garantir la repetibilitat dels processos de fabricació de xips i altres dispositius microelectrònics.

“És un espai de recerca i desenvolupament per a avançar en el coneixement de la microelectrònica aplicada, però on també es realitza una forta activitat de transferència de tecnologia, amb productes que arriben i han arribat al mercat”, destaca Luis Fonseca, director de l'IMB-CNM.

La Sala Blanca es distribueix en deu àrees especialitzades on es duen a terme processos com a metal·lització, fotolitografia o gravat.

Els equips incorporats reforcen la tecnologia CMOS de l'institut, el mètode de fabricació més estès a la indústria dels semiconductors per la seva capacitat d'integració i baix consum energètic. També augmenten la capacitat de miniaturització escalable i aporten més flexibilitat en l'ús de materials d'interès per a la microelectrònica.

Entre els equips adquirits destaquen el Zenit-150 d'Annealsys, un equip per recuit per làser de fins a 1.900 ºC, que permet treballar amb semiconductors de banda ampla, com el carbur de silici o el nitrur de gal·li, així com amb materials bidimensionals com el grafè. L'adquisició del sistema de deposició AC450CT d'Alliance Concept i el sistema de gravat Scia Mill 150 obren també la porta a la integració de materials avançats sobre silici o més enllà del silici convencional.

Àrees clau, com la de Fotolitografia, han estat reforçades amb l'adquisició de l'Stepper Nikon iL12 i del Raith 150 Two de Raith GmbH, per a la inspecció, la litografia i la metrologia de dimensions crítiques.

Tot això enforteix les tecnologies habilitadores essencials per al desenvolupament de la propera generació de dispositius electrònics, sensors i microsistemes.

La fabricació microelectrònica requereix un ús intensiu d'energia i aigua. Amb l'objectiu d'avançar cap a un model més eficient i sostenible, l'IMB-CNM va definir quatre àmbits d'actuació prioritaris: aigua, gasos, climatització i energia.

Una de les intervencions més rellevants ha estat la renovació de la planta de tractament daigües. Els processos de fabricació microelectrònica requereixen aigua ultrapura, per la qual cosa cal sotmetre l'aigua a processos de desionització abans del seu ús.

El compromís amb la sostenibilitat s'estendrà més enllà de les actuacions finançades pel PRTR i el PERTE Chip. El CSIC està fent la renovació completa dels sistemes de climatització de la Sala Blanca, encarregats de mantenir de forma contínua una temperatura estable entre 21 i 22 ºC.

La incorporació d'equips d'última generació permetrà reduir un 20% el consum energètic associat a aquest sistema, mantenint les exigents condicions ambientals necessàries per a la fabricació microelectrònica. Aquesta actuació implicarà una parada temporal de l'operació de la Sala Blanca fins al febrer de 2027.

A les actuacions finançades a través del PERTE Xip se sumen altres inversions que continuaran ampliant les capacitats de la infraestructura.

Entre elles, el finançament canalitzat a través de la Plataforma Temàtica Interdisciplinar en Tecnologies Quàntiques del CSIC (QTEP+) dotada a través del Pla Complementari de Comunicacions Quàntiques del Govern i de les Comunitats Autònomes d'Espanya i que ha permès la recent posada en marxa de l'Àrea de Nanofabricació Quàntica.

A més, la participació de l'IMB-CNM a la línia pilot europea PIXEurope comportarà nova maquinària singular per a aplicacions fotòniques. L'IMB-CNM està implicat també en dues línies pilot europees més, APECS per a la integració heterogènia i l'encapsulat avançat i SPINS per a les tecnologies quàntiques.

Aquestes iniciatives reforçaran la capacitat de fabricar dispositius i circuits a escala nanomètrica per a aplicacions en fotònica integrada, tecnologies quàntiques i altres àmbits estratègics de la microelectrònica avançada.

A això se suma la futura ampliació de la Sala Blanca amb 500 metres quadrats addicionals, finançada conjuntament pel CSIC i la Generalitat de Catalunya, aquesta darrera a través de la convocatòria Singulars Institucionals, cofinançada pel Departament de Recerca i Universitats de la Generalitat i la Unió Europea amb el programa FEDER Catalunya 2021-2027.

La Sala Blanca és la sala blanca més gran d'Espanya dedicada a la investigació científica i compta amb casos d'èxit de col·laboració amb la indústria. S'hi han fabricat components per a missions espacials rumb a Mercuri i Júpiter, microxips integrats en cèl·lules vives per a aplicacions biomèdiques, implants neuronals desenvolupats per la spin-off INBRAIN Neuroelectronics, així com components per millorar la xarxa elèctrica, detectors de radiació i sensors per a l'Internet de les Coses.

A més, la infraestructura compta amb el segell d'Infraestructura Científica i Tècnica Singular (ICTS), una distinció reservada a instal·lacions estratègiques de titularitat pública i obertes a l'accés competitiu de la comunitat científica i tecnològica. En el cas de la Xarxa de Sales Blanques de Micro i Nano Fabricació, la ICTS MicroNanoFabs integra també el Centre Tecnològic de Nanofotònica de la Universitat Politècnica de València (NTC-UPV) i l'Institut de Sistemes Optoelectrònics i Microtecnologia de la Universitat Politècnica de Madrid (ISOM-UPM).

En el cas de l'actuació esmentada, es troben recollides al Pla Estratègic d'Infraestructures Científiques i Tècniques Singulars (ICTS) i al Mapa ICTS 2021-2024 realitzat per la ICTS Distribuïda de sales blanques de micro i nanofabricació.

Els treballs han abastat des del 2022 fins al 30 de juny del 2026, data en què va acabar el PERTE Chip, finançat per la Unió Europea a través dels fons Next Generation EU. Durant aquest període, s'han fet 26 licitacions, 59 contractes menors i s'han contractat 14 persones. El conjunt d'actuacions supera els 17 milions d'euros d'inversió pública per fer front als reptes de la dècada que ve.

Els treballs realitzats per a la millora de la ICTS en el marc de l'Estratègia ICTS i del Mapa ICTS s'han executat entre l'1 de gener del 2023 i el 30 de juny del 2026, data en què se situa la culminació del PRTR i del PERTE Chip que reben finançament de la Unió Europea pels fons Next Gener.

Relació d'actuacions realitzades finançades pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats i per la Unió Europea – NextGenerationEU/PRTR a través de l'ajuda ICTS-MRR-2023:

• Mejora de la cámara de reacción del equipo SI500-363 de Sentech, para grabado seco de capas basadas en silicio. Permite mejorar este proceso utilizado en la fabricación de dispositivos basados en tecnología CMOS en la ICTS del IMB-CNM.
• Mejora del sistema de vacío del equipo S10 de Oxford, para grabado seco de capas basadas en compuestos derivados del silicio. Permite mejorar este proceso utilizado en la fabricación de dispositivos basados en tecnología CMOS en la ICTS del IMB-CNM.
• Mejora del sistema de control del equipo PLASMALAB 800 PLUS de Oxford, para el depósito de capas de compuestos derivados del silicio. Permite mejorar este proceso utilizado en la fabricación de dispositivos de micro y nano sistemas (MEMS/NEMS) en la ICTS del IMB-CNM.
• Mejora del sistema de gases del equipo D350L de Corial, para el depósito de capas de compuestos derivados del silicio. Permite mejorar este proceso utilizado en la fabricación de dispositivos de micro y nano sistemas (MEMS/NEMS) en la ICTS del IMB-CNM.
• Mejora del sistema de control de los equipos AFK, AFS, AFT y AFU de Tempress, para el depósito de capas de compuestos derivados del silicio. Permite mejorar este proceso utilizado en la fabricación de dispositivos de micro y nano sistemas (MEMS/NEMS) en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo para la caracterización de hidrofobicidad y ángulo de contacto en el IMB-CNM: Modelo DSA25E de KRÜSS con dispensador automático y soporte para obleas de 100 y 150 mm. Este equipo permite caracterizar la superficie de las capas utilizadas en la fabricación de los dispositivos de micro y nano sistemas (MEMS/NEMS) en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo Zenit-150 de Annealsys, para el recocido rápido de hasta 1.900ºC en materiales de banda ancha y 2D. Permite mejorar este proceso integrando nuevas capas de compuestos como los citados en la fabricación de dispositivos de micro y nano electrónicos en la ICTS del IMB-CNM.
• Mejora del sistema de control del equipo AS-Master de Annealsys para el recocido rápido en materiales de banda ancha y 2D. Permite mejorar este proceso integrando nuevas capas de compuestos como los citados en la fabricación de dispositivos de micro y nano electrónicos en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo RTP-150 de Unitemp, para la pirólisis de resina en obleas de hasta 150 mm con materiales de banda ancha y 2D. Permite mejorar este proceso integrando nuevas capas de compuestos como los citados en la fabricación de dispositivos micro y nanoelectrónicos en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo LE-100 de Bioinicia, para el depósito de nanofibras por electrospinning en obleas de hasta 150 mm. Este proceso permite la hibridación de tecnologías combinando la de alimentación con la de silicio ampliando las capacidades de fabricación de dispositivos de micro y nano electrónicos en la ICTS del IMB-CNM. 

Relació d'actuacions realitzades finançades pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats i per la Unió Europea – NextGenerationEU/PRTR a través de l'ajuda ICTS-MRR-2024:

• Nuevo equipo para el depósito de capas delgadas por pulverización catódica en el IMB-CNM: Modelo AC450CT de Alliance Concept con capacidad de hasta 4 blancos de 3 pulgadas instalados con selección automática de DC o RF en cada uno de ellos. Este equipo permite el depósito de las capas con grosores nanométricos para desarrollar nuevos procesos basados en tecnología CMOS en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo para la medida del tiempo de vida de portadores minoritarios y de resistividad sin contacto en el IMB-CNM: Modelo WT2000 de Semilab con capacidad de medidas sobre obleas de hasta 150 mm. Este equipo permite el control paramétrico de la calidad del óxido de silicio y la medida de resistividad sin contacto sobre capas conductoras y semiconductoras para verificar la correcta fabricación de dispositivos CMOS en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo para depósito por la técnica de PECVD en el IMB-CNM: Modelo PlasmaPro 100 PECVD de Oxford Instruments con capacidad de depositar capas de dieléctricos como óxido y nitruro de silicio. Este equipo permite procesar estas capas dopadas con boro y/o fósforo en concentraciones controladas para la fabricación de dispositivos basados en tecnología CMOS en la ICTS del IMB-CNM.
• Mejora de la cámara de reacción del equipo R200 Advance P de Picosun, para el depósito atómico de capas de compuestos derivados del silicio y otras. Permite mejorar el proceso haciéndolo más uniforme y repetitivo para la fabricación de dispositivos basados en la tecnología CMOS en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo para recocido por láser en el IMB-CNM: Modelo VOLCANO de Innovavent con capacidad de activar capas implantadas sobre obleas de hasta 150 mm sin generar calor adicional. Este equipo tiene integradas tres fuentes de láser con diferentes longitudes de onda para ampliar el rango de aplicaciones y mejorar las capacidades de fabricación de dispositivos denominados de banda ancha o 2D en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo para la soldadura por ultrasonidos de hilos conductores finos en el IMB-CNM: Modelo MPP iBond 5000 Dual con amplio rango de aplicaciones. Este equipo permite realizar soldaduras sobre diferentes sustratos anexando tecnologías híbridas sobre la de silicio ya establecida en el IMB-CNM.
• Nuevo equipo SCIA MILL 150 de SCIA systems, para el grabado de capas finas mediante haz amplio de iones de forma controlada y con alto grado de uniformidad en el IMB-CNM. Permite estructurar el dispositivo con detección de punto final sobre diferentes tamaños de muestras para la fabricación con tecnologías cuánticas, tanto los basados en fotónica como superconductores en el IMB-CNM.

Actuacions finançades pel Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats i per la Unió Europea – NextGenerationEU/PRTR a través de l'ajuda MICRO24001, Chip XXI:

• Nuevo microscopio electrónico de barrido de emisión de campo en el IMB-CNM: Modelo GEMINI SEM de Carl Zeiss con detector de rayos X. Este equipo permite mejorar las prestaciones en resolución y capacidad de análisis por rayos X en la inspección por SEM IMB-CNM.
• Cambio de la estación de trabajo y software de Control del microscopio electrónico de barrido AURIGA de Karl Zeiss, para la inspección de muestras y obleas con dispositivos micro y nanométricos. Permite actualizar y seguir utilizando el equipo durante un periodo más extenso y mejorar la capacidad de caracterización en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo software de metrología y automatización para imágenes de microscopía electrónica de barrido en el IMB-CNM: Modelo P3P103 ProSEM Automatic Full Package V3 de GenISys GmbH con capacidad de generar imágenes de forma rápida y alta resolución. Este equipo permitirá extraer medidas de dimensiones críticas y de esta forma caracterizar procesos de litografía de alta resolución generadas por stepper, DUV o EBPG, aumentando las capacidades de caracterización de dispositivos en el IMB-CNM.
• Nuevo perfilómetro óptico 3D (sin contacto) para la medición de superficies con resolución nano y micrométrica en el IMB-CNM: Modelo S Neox 090-STD-H105-MO de Sensofar, con cabezal compatible para 4 técnicas de medida. Este equipo permite caracterizar obleas de hasta 150 mm con buena resolución y así mejorar las prestaciones de análisis de dispositivos fabricados en el IMB-CNM.
• Actualización de los equipos con una nueva carcasa, pantalla táctil integrada, procesador nuevo y versión adecuada de software que soporta los cambios para los equipos 4200-SCS de Keithley. Permite compatibilizar estos equipos con las nuevas mesas de puntas y extraer medidas eléctricas IV y CV para comprobar el funcionamiento de los dispositivos del IMB-CNM.
• Nuevos micromanipuladores Kevin para realizar medidas de 4 puntas en el IMB-CNM: Modelo MP50 de MPI con conexiones Force y Sense necesarias para medidas de 4 hilos y de capacidad en tensión. Estas puntas permiten aumentar las capacidades de caracterización eléctrica del IMB-CNM.
• Movimiento del Implantador Iónico IMC-210 de IBS, a una nueva ubicación de la Sala Blanca del IMB-CNM: Estando el equipo en la zona mixta, donde se procesan todo tipo de dispositivos, incluso aquellos que se consideran no-CMOS, se traslada a una zona donde únicamente se procesan runes con tecnología CMOS. De esa forma se minimiza el riesgo de contaminación cruzada garantizando la fabricación exitosa de los dispositivos CMOS.
• Nuevo equipo Raith 150 TWO de Raith GmbH, para la inspección, litografía y metrología por haz de electrones de bajo voltaje en el IMB-CNM. El equipo estructura y mide dimensiones del orden de los 2nm en obleas de hasta 200 mm, mejorando los procesos de litografía en el IMB-CNM. Permite abordar nuevos retos de las tecnologías cuánticas, tanto los basados en fotónica como en superconductores que se desarrollan en IMB-CNM.
• Nuevo equipo i-Line 5x NSR-2205iL1 de Nikon Precision Europe GmbH, para la litografía óptica por proyección en el rango de luz ultravioleta con longitud de onda de 365 nm para obleas de hasta 150mm. Permite estructurar dispositivos con una resolución de al menos 350nm de forma automatizada, controlando el proceso de cada oblea por separado y trabajar de forma secuencial con el conjunto del lote. Esto mejora los procesos de litografía y fabricación de dispositivos en el IMB-CNM.
• Nuevo microscopio óptico MX63 de Olympus, para la inspección de muestras fabricadas con litografía por stepper. Permite verificar la calidad del proceso durante la fabricación de forma rápida y no destructiva, mejorando los procesos de litografía y fabricación de dispositivos en la ICTS del IMB-CNM.
• Nuevo equipo Automegasamdri 936 Series C de Tousimis, para el secado por punto crítico de muestras estructuradas con dimensiones micrométricas y susceptibles de dañarse en el secado convencional con nitrógeno en el IMB-CNM. Permite mediante inyección de dióxido de carbono llevar a la muestra al punto crítico y desplazar el disolvente, secándola y evitando el colapso de las frágiles estructuras.
• Nuevo equipo LS-LAB de Lasing, para la micromecanización por ablación láser de forma automatizada en el IMB-CNM. Permite mecanizar el encapsulado de los dispositivos con dos fuentes láser sin dañar las partes metálicas ni alterar el comportamiento funcional del circuito integrado. Esta técnica mejora el proceso de ingeniería inversa para analizar sin destruir los dispositivos del IMB-CNM.
• Nueva sierra de corte SS20 de Tokyo Seimitsu, para la división con cuchilla de cuarzo de los chips que se han fabricado sobre la oblea en el IMB-CNM. Permite cortar obleas de hasta 200 mm de diámetro y 30 mm de grosor individualizando los circuitos antes de la soldadura y encapsulado para la aplicación final. Esta técnica mejora las capacidades del laboratorio de corte del IMB-CNM.
• Nueva sierra de corte WELL 3500 de Well Precision, con alambre de diamante de precisión para preparar las muestras para el laboratorio de ingeniería inversa del IMB-CNM. Permite procesar un conjunto más amplio de muestras con una mayor flexibilidad para el tamaño de muestra y cortes no lineales. Esta técnica mejora las capacidades del corte para ingeniería inversa en el IMB-CNM.