Nos vies pourraient-elles durer une journée sans semi-conducteurs ? De nombreux aspects de notre vie quotidienne, notamment les smartphones, les ordinateurs portables, les voitures, les téléviseurs et les cartes de crédit, sont indissociables des semi-conducteurs. Ces semi-conducteurs ont un impact profond sur nos vies. Alors, comment sont-ils fabriqués ?

Si vous avez des connaissances de base sur les semi-conducteurs, vous avez peut-être entendu parler des huit processus fondamentaux des semi-conducteurs. De nombreuses tâches requises pour la fabrication des semi-conducteurs sont divisées en huit processus de base, comme l'indique le titre dans la première image de notre article : « Huit processus fondamentaux des semi-conducteurs ».

Aujourd'hui, nous allons examiner la première étape, la « fabrication de plaquettes ». Nous discuterons de la composition des plaquettes, le matériau de base des circuits intégrés, et de la manière dont elles sont fabriquées.

Matériaux requis pour la fabrication de plaquettes

Avant de commencer, posons une brève question ! Quelle est la relation entre les circuits intégrés à semi-conducteurs et les plaquettes ? Un circuit intégré est un type de puce semi-conductrice qui contient de nombreux composants électriques destinés à diverses fonctions. Les circuits intégrés sont fabriqués en créant de nombreux circuits identiques sur un substrat appelé plaquette. Les plaquettes constituent donc la base des semi-conducteurs. C'est un peu comme faire une pizza : nous préparons d'abord une pâte afin de pouvoir ajouter des garnitures plus tard.

Les plaquettes sont des disques circulaires découpés dans des plaquettes de silicium ou d'autres éléments tels que l'arséniure de gallium. La plupart des plaquettes sont fabriquées à partir de silicium extrait du sable.

La Silicon Valley aux États-Unis a débuté avec l’industrie des semi-conducteurs, pour finalement devenir le centre de l’industrie mondiale du logiciel. Il est rapporté que son nom est une combinaison de la matière première semi-conductrice « silicium » et de la « vallée » de Santa Clara. Le nom « Silicon Valley » vous rappelle peut-être que le silicium est une matière première essentielle pour les plaquettes semi-conductrices. Le silicium est abondant en approvisionnement, est l’élément le plus abondant dans la nature et possède des propriétés non toxiques et respectueuses de l’environnement. Jetons un coup d'œil ensemble au processus de fabrication des plaquettes !

Étape 1 : Fabrication de lingots de silicium

Le silicium extrait du sable doit subir un processus de purification avant de pouvoir être utilisé pour la fabrication de semi-conducteurs. Il est chauffé jusqu'à ce qu'il fonde en un liquide de haute pureté, puis solidifié par cristallisation. La tige de silicium obtenue est appelée lingot de silicium. Seuls des lingots d’ultra haute pureté peuvent être utilisés dans les procédés semi-conducteurs, qui nécessitent une précision extrêmement élevée, jusqu’à quelques nanomètres.

Étape 2 : Découper des lingots pour produire des plaquettes minces

La forme du lingot de silicium ressemble à une toupie et il est découpé en disques circulaires d'épaisseur uniforme, appelés plaquettes, à l'aide de lames de scie diamantées tranchantes. Le diamètre du lingot détermine la taille de la tranche, par exemple des tranches de 150 mm (6 pouces), 200 mm (8 pouces) et 300 mm (12 pouces). Des tranches plus fines entraînent des coûts de fabrication inférieurs et des diamètres plus grands permettent de produire un plus grand nombre de puces semi-conductrices par tranche. Les plaquettes sont donc de plus en plus fines et de plus en plus grandes.

Étape 3 : Meulage et polissage de la surface de la plaquette

Les plaquettes fraîchement découpées doivent subir un traitement pour obtenir une finition lisse et semblable à un miroir. La surface de la tranche fraîchement découpée est rugueuse et contient des défauts qui peuvent avoir un impact négatif sur la précision du circuit. Des fluides de polissage et des machines à polir sont utilisés pour polir la surface de la plaquette.

Avant un traitement ultérieur, la plaquette polie est appelée plaquette nue, ce qui indique qu'aucune puce n'y a encore été fabriquée. Après la fabrication de circuits intégrés sur des tranches nues à l'aide de divers processus physiques et chimiques, la tranche ressemble finalement à l'image ci-dessous. Regardons ensemble les noms des différentes parties d'une plaquette !

1. Plaquette: Une plaque circulaire (disque) qui sert de matériau de base pour les circuits intégrés semi-conducteurs.

2. la: Il y a de nombreux petits carrés sur la plaquette, et chaque petit carré est appelé une puce, qui est la puce IC du circuit électronique intégré.

3. Ligne de scribe: Les matrices semblent collées ensemble, mais il y a en réalité des écarts entre elles. Ces espaces sont appelés lignes de scribe. Le but des lignes de traçage est de découper chaque puce de la tranche après traitement et de les assembler en puces. L'espacement des lignes de traçage permet à la scie diamantée de couper la tranche en toute sécurité.

4. Zone plate: Cette zone est introduite pour aider à identifier la structure de la plaquette et sert de ligne de référence pendant le traitement de la plaquette. La structure cristalline de la plaquette étant très fine et ne pouvant être jugée à l’œil nu, cette zone plane sert de référence pour déterminer les directions verticale et horizontale de la plaquette.

5. Encoche: Récemment, des tranches avec des encoches sont apparues, remplaçant les zones plates précédentes. Les tranches comportant des encoches sont plus efficaces que celles comportant des zones plates car elles peuvent produire plus de copeaux.

L'industrie des semi-conducteurs est principalement divisée entre l'industrie de fabrication de plaquettes, qui fabrique des plaquettes, et l'industrie manufacturière (FAB), qui conçoit et fabrique des circuits sur les plaquettes. Il existe également l'industrie de l'emballage, où les plaquettes transformées sont découpées en copeaux et emballées pour éviter l'humidité et les dommages physiques.

Aujourd'hui, nous avons présenté ce qu'est une tranche, les noms de chaque partie d'une tranche et comment les tranches sont fabriquées. Nous espérons que vous trouverez cette série de huit processus de base sur les semi-conducteurs intéressante et utile.