Procédés de fabrication des dispositifs à semiconducteurs

La fabrication des dispositifs à semi-conducteur englobe les différentes opérations permettant 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 également citer les dispositifs semiconducteurs réalisant également des fonctions mécaniques, telles les MEMS, qui utilisent les procédés standard servant à 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 dispositif matériel multicouches fait de 3 électrodes séparées 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 fournir ou accepter facilement un électron. On génère aussi bien les électrons que les manques d'électron ou trou.

Lithographie et gravure

La technique de lithographie + gravure est le procédé le plus répandu 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 rayonement 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 essentiellement 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 généralement déposée par spin coating.

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

Épitaxie par jet moléculaire

Les matériaux semiconducteurs requièrent une grande qualité cristalline, c’est-à-dire qu'il faut le moins d'impuretés possible. Pour obtenir cette grande qualité, une méthode utilisée est de réaliser des couches de matériaux semiconducteurs sous ultra-vide (10^-10 Torr). Ce genre de vide est obtenu dans un bâti d'épitaxie par jets moléculaires. Ce bâti est en général constitué de 3 chambres dans lequel le vide est amélioré 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 donc 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 servant à 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 donc 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 manière à effectuer une écriture séquentielle. Lors de l'émission d'électrons, une réaction chimique se produit permettant l'ionisation du matériau (EBL/FEG pour Field Emission Gun). L'émission ionique se fait par un dispositif appelé 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

Articles connexes

• Semi-conducteur

Dispositifs à semi-conducteurs

• • Transistor
  • Diode (comprenant les DEL, les photodiodes, etc.)
  • Thermistance
  • Cellule photovoltaïque
• Ingénierie électronique
• Micro-électronique
• Dopage

• Portail des micro et nanotechnologies
• Portail de l’électricité et de l’électronique