Bien qu’un circuit intégré (CI), également connu sous le nom de puce à semi—conducteur, puisse vous tromper avec son facteur de forme de la taille d’un ongle, il est en fait rempli de milliards de composants électroniques – transistors, diodes, résistances et condensateurs – qui fonctionnent tous ensemble pour effectuer des opérations logiques et stocker des données.
Alors, que faut-il pour fabriquer ce genre de circuit, demandez-vous ?
La technologie derrière l’ingénierie d’un circuit intégré va bien au-delà du simple assemblage de composants individuels. En fait, les motifs de circuits microscopiques sont construits sur plusieurs couches de divers matériaux, et ce n’est qu’après que ces étapes ont été répétées plusieurs centaines de fois que la puce est enfin terminée.
Aujourd’hui, nous présentons une nouvelle série qui vous guidera tout au long du processus de fabrication de cet appareil avancé, de l’étape de la matière première au test final de la puce semi-conductrice. La série sera composée de huit parties et sera publiée chaque semaine.
Lisez la suite pour la première partie de la série, qui introduit la « toile » pour les circuits intégrés, autrement appelée plaquette de silicium.
Qu’est-ce qu’une plaquette ?
Une plaquette, également appelée disque, est une tranche mince et brillante d’une tige de silicium découpée à l’aide de diamètres spécifiques. La plupart des plaquettes sont faites de silicium extrait du sable. Le principal avantage de l’utilisation du silicium est qu’il est riche en approvisionnement, étant l’élément le plus abondant dans la nature, juste après l’oxygène. Ses propriétés respectueuses de l’environnement sont un bonus supplémentaire.
Construire un lingot, la base des plaquettes
Une fois le silicium extrait du sable, il doit être purifié avant de pouvoir être utilisé. Tout d’abord, il est chauffé jusqu’à ce qu’il fond dans un liquide de haute pureté puis solidifié en une tige de silicium, ou lingot, en utilisant des méthodes de croissance courantes comme le procédé Czochralski (chokh-RAL-skee) ou le procédé de zone flottante.
Extrémités coupées de tiges de silicium ou de lingots de silicium
La méthode populaire de Czochralski utilise un petit morceau de silicium solide (graine) qui est placé dans un bain de silicium fondu, ou de silicium polycristallin, puis lentement tiré en rotation lorsque le liquide se développe en un lingot cylindrique. C’est pourquoi les plaquettes finies sont des disques tous ronds.
Donnant un nouveau sens au terme « wafer-thin”
Avant qu’il ne soit complètement refroidi, les extrémités en forme de cône du lingot sont coupées tandis que le corps est découpé en tranches minces d’épaisseur uniforme avec des lames de scie diamantées tranchantes. Ceci explique pourquoi le diamètre d’un lingot déterminerait finalement la taille d’une plaquette. Dans les premiers jours de l’industrie des semi-conducteurs, les plaquettes n’avaient que trois pouces de diamètre. Depuis lors, les gaufrettes ont augmenté en taille, car de plus grandes gaufrettes entraînent plus de copeaux et une productivité accrue. Le plus grand diamètre de gaufrette utilisé aujourd’hui dans la fabrication de semi–conducteurs est de 12 pouces, ou 300 mm.
Lissage des choses – le processus de rodage et de polissage
Les gaufrettes tranchées doivent être préparées avant qu’elles ne soient prêtes pour la production. Les produits chimiques abrasifs et les machines polissent la surface inégale de la plaquette pour une finition lisse comme un miroir. La surface impeccable permet aux motifs de circuit de mieux imprimer sur la surface de la plaquette pendant le processus de lithographie, que nous couvrirons dans un post ultérieur.
Connaissez votre plaquette
Chaque partie d’une plaquette finie a un nom et une fonction différents. Passons-les un par un.
1. Puce: un petit morceau de silicium avec des motifs de circuits électroniques
2. Lignes de scribe: espaces minces et non fonctionnels entre les pièces fonctionnelles, où une scie peut couper la plaquette en toute sécurité sans endommager les circuits
3. TEG (Groupe d’éléments d’essai): un modèle prototype qui révèle les caractéristiques physiques réelles d’une puce (transistors, condensateurs, résistances, diodes et circuits) afin qu’elle puisse être testée pour voir si elle fonctionne correctement
4. Matrice de bord: matrices (puces) autour du bord d’une plaquette considérée comme une perte de production; les plus grandes plaquettes auraient relativement moins de pertes de copeaux
5. Zone plate: un bord d’une plaquette est coupé à plat pour aider à identifier l’orientation et le type de la plaquette