Technologie de gravure utilisée dans la fabrication de semi-conducteurs
Cet article présente un aperçu du processus de fabrication des semi-conducteurs, avec un accent particulier sur l’utilisation de la technologie de gravure, ainsi que les dernières recherches en cours dans ce domaine.
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Semi-conducteurs : le cerveau de l’électronique moderne
Les semi-conducteurs sont un élément crucial de l’équipement électronique, permettant des progrès dans les télécommunications, les ordinateurs, la biotechnologie, la technologie des armes, l’aviation, les énergies renouvelables et une variété d’autres domaines. Les semi-conducteurs, également appelés circuits intégrés (CI) ou micropuces, sont produits à partir de substances pures telles que le silicium et le germanium, ainsi que de composites comme l’arséniure de gallium.
De petites quantités de défauts sont introduites dans ces composants vierges dans un processus appelé dopage, produisant des variations spectaculaires dans la conduction du matériau. Les smartphones, les produits électroniques, les appareils de communication, les systèmes d’automatisation, les pièces automobiles et les infrastructures militaires utilisent tous des semi-conducteurs. Ces produits comprennent des matériaux semi-conducteurs qui assurent le contrôle cognitif, l’imagerie, la gestion de l’alimentation, les solutions de stockage, le conditionnement du signal et la conversion entre les sources d’alimentation optiques et électroniques.
Un bref aperçu du processus de fabrication des semi-conducteurs
La technique de fabrication des semi-conducteurs est composée de plusieurs étapes de production distinctes, chacune aboutissant à une gamme spécifique de processus. De nombreux petits circuits sont créés sur la plaquette en utilisant une variété de processus physiques et chimiques. Le processus commence par l’utilisation d’une plate-forme de plaquettes de silicium. Les tranches sont formées à partir d’une bande en forme de salami de silicium pratiquement pur (lingot) qui a été polie à la perfection. Le dioxyde de silicium est fabriqué ou déposé sur la plaquette pour servir de revêtement protecteur ou de protection.
Ensuite, une couche sensible à la lumière appelée résine photosensible est appliquée sur la tranche. Les deux types de résistance sont positifs et négatifs. La photolithographie est une étape critique puisqu’elle détermine la disposition des transistors sur la puce. A ce stade, la tranche de puce est placée dans un équipement lithographique et exposée à un rayonnement ultraviolet profond (DUV) ou ultraviolet extrême (EUV). Les zones indésirables de la structure de silicium sont éliminées pour exposer un matériau de base ou pour permettre le revêtement d’un composant supplémentaire plutôt que le revêtement gravé. Un métal conducteur est déposé sur la plaquette pour produire les zones de conduction de la micropuce. Enfin, le matériau en excès est retiré du fond de la plaquette, ce qui donne une belle finition lisse.
Technologie de gravure des semi-conducteurs et ses types
Dans la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, la gravure correspond à toute technique qui enlève systématiquement de la matière d’une couche mince sur une plate-forme (avec ou sans architecture préalable sur son interface) et laisse une séquence de cette substance sur la plate-forme. Un capot résistant à la gravure définit le tracé. Une fois que le couvercle est en place, le matériau exposé peut être gravé en utilisant des procédés « humides (chimiques) » ou « secs (physiques) ».
Traditionnellement, les processus chimiques humides étaient essentiels dans une gravure définissant un motif. Cependant, à mesure que les dimensions des composants du système diminuaient et que l’importance des topographies d’interface augmentait, la gravure chimique humide a été remplacée par des méthodes de gravure sèche. Ce changement a été principalement causé par la composition isotrope de la gravure humide.
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La gravure humide enlève de la matière dans toutes les dimensions, ce qui entraîne une différence de taille entre les structures spécifiées par le revêtement et celles dupliquées sur la plate-forme. La gravure sèche peut être utilisée pour éliminer le matériau par des techniques physiques telles que l’impact ionique suivi de l’expulsion du matériau de la surface ou de processus chimiques qui convertissent la surface en espèces réactives gazeuses qui peuvent être soufflées. Tous les processus de gravure sèche fonctionnent sous vide, la pression déterminant dans une certaine mesure le caractère du phénomène de gravure.
La gravure au plasma est une autre méthode de gravure importante. Les procédures de gravure au plasma tirent parti des charges moléculaires et atomiques et/ou des neutres réactifs contenus dans le plasma pour éliminer le matériau de la surface. La gravure purement physique est réalisée en accélérant des charges atomiques positives vers la surface à l’aide de courants électriques intenses. Lorsque les ions entrent en collision avec la couche de surface, leur puissance intrinsèque est transportée vers les molécules du substrat. Une molécule de substrat sera expulsée à l’état gazeux et aspirée par la pompe à vide si une énergie suffisante est délivrée.
Les dernières recherches
Une étude récente publiée dans la revue ACS Oméga par un groupe de chercheurs italiens discute du développement et de la caractérisation de tranchées sur la surface de classification du carbure de silicium (SiC) par gravure plasma avec SF6. Les chercheurs ont surveillé et contrôlé avec précision la profondeur de la tranchée à l’aide de la détection interférométrique du point final (IEPD).
Des études au microscope électronique à transmission et au spectromètre de photoémission X ont démontré que les tranchées créées sont de bonne qualité et homogènes. En raison de la gravure au plasma avec O2 et SF6, il a été révélé que la modification de la surface du SiC était très mineure, sans indication d’empoisonnement au fluorure. Ces résultats démontrent que les tranchées créées par gravure plasma sur la plateforme SiC sont bien adaptées à la fabrication de dispositifs électroniques de nouvelle génération.
En bref, de nombreuses avancées sont réalisées dans le domaine de la technologie de gravure des semi-conducteurs, ouvrant la voie à de futures applications.
Références et lectures complémentaires
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