Composants
Du sable à la puce
Graver, par lithographie à l’échelle nanométrique, des milliards de transistors sur une fine plaque de silicium.
La chaîne de fabrication d’un composant semi-conducteur débute par l’extraction du silicium à partir de la silice (SiO₂) présente dans le sable. Ce matériau est réduit par carbothermie dans des fours à arc électrique à très haute température, produisant du silicium métallurgique. Celui-ci subit ensuite une purification chimique permettant d’obtenir du silicium de qualité électronique avec une pureté supérieure à 99,9999999 %.
Le silicium purifié est ensuite fondu et cristallisé afin d’obtenir un lingot monocristallin dopé de manière contrôlée (phosphore, bore, arsenic selon le type n/p souhaité). Ce cristal est orienté selon des axes cristallographiques précis afin d’optimiser les mobilités électroniques. Le lingot est ensuite tranché par sciage diamanté en wafers de 150 à 300 mm, qui sont polis jusqu’à obtenir une rugosité nanométrique (<1 nm).
Sur ces substrats, la fabrication des circuits intégrés repose sur des cycles successifs de microfabrication en salle blanche. Chaque couche suit un enchaînement : dépôt (CVD, PVD ou ALD), photolithographie, développement de résine photosensible, puis gravure plasma ou implantaion ionique.
Les transistors sont formés par empilement de couches ultra-minces (oxyde de grille SiO₂, grilles en polysilicium ou métal). Des interconnexions multicouches en cuivre sont ensuite réalisées. L’ensemble du circuit est ensuite passivé, testé au niveau wafer (wafer probing), puis découpé (dicing laser ou scie diamant). Chaque puce (die) est encapsulée dans un boîtier assurant protection mécanique, dissipation thermique et interconnexion électrique (wire bonding ou flip-chip).