Comprendre le processus de fabrication des semi-conducteurs :des matériaux aux produits finaux

Les semi-conducteurs sont un élément omniprésent dans la technologie moderne. À en juger par leur capacité à conduire l’électricité, ces appareils se situent entre les conducteurs complets et les isolants. Ils sont utilisés dans le cadre d'un circuit numérique dans les ordinateurs, les radios, les téléphones et autres équipements.

Le processus de fabrication des semi-conducteurs commence par le matériau de base. Les semi-conducteurs peuvent être fabriqués à partir d'une douzaine de matériaux de ce type, notamment le germanium, l'arséniure de galium et plusieurs composés d'indium tels que l'antimonide d'indium et le phosphure d'indium. Le matériau de base le plus populaire est le silicium en raison de son faible coût de production, de sa simplicité de traitement et de sa plage de température.

En prenant le silicium comme exemple, le processus de fabrication des semi-conducteurs commence par la production de tranches de silicium. Tout d’abord, le silicium est découpé en tranches rondes à l’aide d’une scie à pointe diamantée. Ces plaquettes sont ensuite triées par épaisseur et vérifiées pour déceler tout dommage. Un côté de la plaquette est ensuite gravé avec un produit chimique et poli comme un miroir afin d'éliminer toutes les impuretés et tous les dommages. Les copeaux sont construits sur le côté lisse.

Une couche de verre de dioxyde de silicium est appliquée sur le côté poli de la plaquette de silicium. Cette couche ne conduit pas l'électricité, mais aide à préparer le matériau pour la photolithographie. Le processus de fabrication applique également des couches de motifs de circuit sur la tranche après qu'elle ait été recouverte d'une couche de résine photosensible, un produit chimique sensible à la lumière. La lumière est ensuite projetée à travers un réticule et un masque de lentille afin que le motif de circuit souhaité soit imprimé sur la plaquette.

Le motif photorésistant est éliminé par lavage à l’aide d’un certain nombre de solvants organiques mélangés dans un processus appelé incinération. Le processus aboutit à une plaquette tridimensionnelle (3D). La plaquette est ensuite lavée à l’aide de produits chimiques humides et d’acides afin d’éliminer tout contaminant et résidu. Plusieurs couches peuvent être ajoutées en répétant tout le processus de photolithographie.

Une fois les couches ajoutées, des zones de la plaquette de silicium sont exposées à des produits chimiques afin de les rendre moins conductrices. Cela se fait en utilisant des atomes dopants pour déplacer les atomes de silicium dans la structure de la tranche d’origine. Il est difficile de contrôler le nombre d'atomes dopants implantés dans une zone donnée.

La tâche finale du processus de fabrication des semi-conducteurs consiste à recouvrir toute la surface de la tranche d’une fine couche de métal conducteur. Le cuivre est généralement utilisé. La couche métallique est ensuite polie pour éliminer les produits chimiques indésirables. Une fois le processus de fabrication des semi-conducteurs terminé, les semi-conducteurs finis sont minutieusement testés.

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