Fabrication des dispositifs à semi-conducteurs

La fabrication des systèmes à semi-conducteur englobe les différentes opérations donnant la possibilité l'élaboration des composants électroniques ayant pour base des matériaux semi-conducteurs.



Catégories :

Micro-électronique - Électronique - Semi-conducteur

Page(s) en rapport avec ce sujet :

  • Centre canadien de fabrication de systèmes photoniques du CNRC... l'utilisation de techniques conventionnelles de fabrication de semi - conducteurs, ... (source : nrc-cnrc.gc)
  • Le groupe principal H01L 21/00 “Procédés ou appareils particulièrement adaptés à la fabrication ou au traitement de systèmes à semi - conducteurs ou de ... (source : wipo)
  • Les systèmes à semi - conducteurs organiques hautes performances offrent... L'un des principaux résultats du projet est la fabrication de transistors... (source : achats-industriels)

La fabrication des systèmes à semi-conducteur englobe les différentes opérations donnant la possibilité l'élaboration des composants électroniques ayant pour base des matériaux semi-conducteurs. Rentrent dans cette catégorie divers types de composants, une première approche permet déjà de différencier les composants discrets des circuits intégrés.

On peut aussi citer les systèmes semiconducteurs réalisant aussi des fonctions mécaniques, telles les MEMS, qui utilisent les procédés standard permettant de la réalisation de circuits électroniques (pour des raisons de couts d'investissement), ou bien utilisent des procédés spécifiques (lithographie électronique SCALPEL IPL EBL SPM, outils à champ proche AFM NIL ou µCP).

Introduction

Un transistor est en fait une barrière de potentiel qu'on rend passante (conducteur) ou isolante pour une tension donnée au courant. De façon schématique du point de vue de l'informatique, on fait correspondre passant au bit 1 et isolant au bit 0. Le transistor est en fait un système matériel multicouches fait de 3 électrodes scindées par 3 morceaux de silicium le premier dopé négativement le second de plus faible épaisseur dopé positivement et le troisième dopé négativement type NPN ou l'inverse type PNP. Le dopage est obtenu par adjonction d'impuretés à valence positive ou négative c'est-à-dire qui peuvent apporter ou accepter aisément un électron. On génère autant les électrons que les manques d'électron ou trou.

Article détaillé : dopage.

Lithographie et gravure

La technique de lithographie + gravure est le procédé le plus commun pour la réalisation de circuits semi-conducteurs. La lithographie consiste à altérer une résine sensible par une source à travers un masque. La photolithographie est le procédé historique utilisant un rayonnement en lumière visible et une résine photosensible. Avec la miniaturisation croissante les techniques ont évolué vers l'utilisation de rayonnement moins sujet à la diffraction : lithographie UV, extrême UV, Deep UV (DUV), rayons X, lithographie électronique, lithographie ionique (FIB), lithographie champ proche (STM/AFM).

La résine utilisée dépend principalement du type de rayonnement utilisé, on distingue deux types : les résines positives (les parties insolées disparaissent après révélation), et les résines négatives. La résine est le plus souvent déposée par spin coating.

La gravure permet le transfert des motifs imprimés dans la résine. On peut distinguer les transferts soustractifs (gravure humide le plus souvent isotrope, gravure sèche par érosion/sputtering/pulvérisation cathodique, gravure ionique réactive) et les transferts additifs (lift-off, croissance électrolytique).

Épitaxie par jet moléculaire

Article détaillé : Épitaxie par jet moléculaire.

Les matériaux semiconducteurs requièrent une grande qualité cristalline, c'est-à-dire qu'il faut le moins d'impuretés envisageable. Pour obtenir cette grande qualité, une méthode utilisée est de réaliser des couches de matériaux semiconducteurs sous ultra-vide (10ˆ-10 Torr). Ce genre de vide est obtenu dans un bâti d'épitaxie par jets moléculaires. Ce bâti est généralement constitué de 3 chambres dans lequel le vide est perfectionné d'une chambre à l'autre grâce à des pompes de plus en plus élaborés (pompe à membrane, pompe turbo-moléculaire, pompe ionique, filament de titane). C'est par conséquent la dernière chambre, qui est la chambre de croissance qui possède le meilleur vide. Dans cette chambre, le support qui va servir à réaliser le composant (dans le cas d'une diode laser, ce peut être un support de GaSb), fait face à diverses cellules remplies d'éléments permettant de réaliser des semiconducteurs (éléments III ou V du tableau de Mendeleiev, par exemple). Ces cellules sont fortement chauffées pour que le matériau puisse être envoyé sur le support sous forme gazeuse. C'est par conséquent pour cela que l'ultra-vide est nécessaire : la particule envoyée sur le support n'interagira pas avec une autre molécule parasite.

Faisceau d'ions focalisés

La technique de faisceaux d'ions focalisés (FIB pour Focalized Ion Beam) utilise une source d'ions ou d'électrons pour la gravure ou le dépot métallique. Des déflecteurs et lentilles électrostatiques permettent de diriger le faisceau de façon à effectuer une écriture séquentielle. Lors de l'émission d'électrons, une réaction chimique se produit donnant la possibilité l'ionisation du matériau (EBL/FEG pour Field Emission Gun). L'émission ionique se fait par un système nommé LMIS (Liquid Metal Ion Source). Ces procédés permettent d'atteindre des finesses de gravure de l'ordre de 10 nm[1].

Notes et références

Voir aussi

Dispositifs à semi-conducteurs


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