Les puces semi-conductrices sont composées de nombreuses couches microscopiques plus petites qu’un ongle et plus fines que le papier. Le semi-conducteur est empilé en hauteur et dense, formant des structures complexes semblables à des immeubles de grande hauteur.

Pour créer de telles structures, les étapes suivantes doivent être répétées plusieurs fois : lithographie - revêtement du dessus d'une plaquette de silicium monocristallin (la matière première des semi-conducteurs) avec un film mince et des circuits de structuration, gravure - élimination sélective des matériaux inutiles, et puis nettoyer les impuretés de surface.

Après les processus de gravure et de nettoyage, le film mince sert à séparer, connecter et protéger les circuits. Ensuite, nous présenterons le processus de dépôt pour fabriquer des films minces et le processus d’implantation ionique pour conférer des propriétés électriques aux semi-conducteurs.

Processus de dépôt : application de films minces sur la plaquette

Le terme « film mince » fait référence à un film d’une épaisseur de 1 micron (μm) ou moins, une épaisseur qui ne peut pas être obtenue par un simple traitement mécanique. Le dépôt est une série de processus qui consistent à revêtir la tranche de films minces au niveau moléculaire ou atomique souhaité. En raison de la nature extrêmement fine des films, des techniques précises sont nécessaires pour appliquer uniformément les films sur la tranche.

Les dépôts peuvent généralement être divisés en deux types. Ces deux types sont le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

Le dépôt physique en phase vapeur est principalement utilisé pour déposer des films métalliques sans impliquer de réactions chimiques. D'autre part, le dépôt chimique en phase vapeur consiste à appliquer une énergie externe à la vapeur de particules formée par des réactions chimiques gazeuses, et la vapeur est pulvérisée sur la surface pour le dépôt. Cette technique peut être utilisée pour déposer des films minces sur des conducteurs, des isolants et des semi-conducteurs.

Le dépôt chimique en phase vapeur est la méthode de dépôt la plus largement utilisée dans les procédés actuels de semi-conducteurs. Il peut en outre être classé en CVD thermique, CVD plasma et CVD photo-induit, en fonction de la source d'énergie externe utilisée. Parmi celles-ci, le CVD au plasma est l'application la plus courante car il peut former des films à basses températures, contrôler l'uniformité de l'épaisseur du film et gérer des volumes élevés.

Le film mince formé lors du processus de dépôt se compose de deux couches : une couche métallique (conductrice) pour connecter les signaux électriques entre les circuits et une couche isolante pour l'isolation électrique entre les couches d'interconnexion internes ou pour empêcher les contaminants de pénétrer.

Implantation ionique : transformation de plaquettes en semi-conducteurs.

À ce stade, un processus est encore nécessaire pour conférer des caractéristiques électriques au semi-conducteur. Les semi-conducteurs possèdent à la fois des propriétés conductrices et isolantes, et l’implantation ionique est le processus consistant essentiellement à transformer des tranches de silicium en semi-conducteurs. Le silicium pur est un isolant et ne conduit pas l'électricité, mais l'ajout d'impuretés lui confère une conductivité, lui permettant de transporter les courants électriques.

Ces impuretés sont appelées ions. Ces ions sont convertis en minuscules particules gazeuses, puis implantés sur la face avant de la plaquette à la profondeur souhaitée. Les impuretés utilisées proviennent du 15ème groupe (P, phosphore ; As, arsenic) ou du 13ème groupe (B, bore) du tableau périodique. L'implantation d'éléments du 15ème groupe donne un semi-conducteur de type n (type électron), tandis que l'implantation d'éléments du 13ème groupe donne un semi-conducteur de type p (type trou).

Le processus de dépôt est crucial car l'épaisseur et l'uniformité des films déposés déterminent la qualité du semi-conducteur. L’épaisseur des futures structures de circuits semi-conducteurs sera des millions de fois plus fine qu’un cheveu humain. Pour que ces circuits possèdent des propriétés électriques, des techniques de dépôt plus avancées sont nécessaires pour générer des films minces plus fins et plus uniformes.

Dans le prochain article, nous découvrirons les interconnexions métalliques, qui visent à connecter les éléments générés par les processus d’oxydation, de photolithographie, de gravure et de dépôt et à former des circuits.