Rapport VLSI Etapes de Fabrication Des Transistors PDF [PDF]

Zitiervorschau

22/11/2016

Réalisé par : BAKKAS Yassine SAHLI Reda TAMTALINI Mohammed Amine YOUSFI Ayoub

Table des matières Historique ................................................................................................................................................ 3 Quand ont été inventes les transistors ?............................................................................................. 3 1) Introduction ........................................................................................................................................ 3 2) Types De Transistor ............................................................................................................................. 3 2-1 Transistor bipolaire ...................................................................................................................... 3 2-2 Transistor à effet de champ ......................................................................................................... 5 3) PURIFICATION DU SILICIUM ................................................................................................................ 5 3-1 Sources du Silicium ....................................................................................................................... 5 3-2 Pureté chimique requise .............................................................................................................. 5 3-3 Réduction de la silice .................................................................................................................... 6 4) Fabrication des plaquettes (wafer) ..................................................................................................... 6 4-1 Tirage et croissance du cristal : .................................................................................................... 7 4-2 Rectification et découpage :......................................................................................................... 7 

L’équeutage du lingot : ............................................................................................................ 7



Polissage cylindrique: .............................................................................................................. 8



Repérage cristallographique du lingot : .................................................................................. 8



Découpage des plaquettes : .................................................................................................... 8

4-3 Attaque chimique des plaquettes : .............................................................................................. 9 4-4 Préparation au polissage final de la face active : ........................................................................ 9 4-5 Polissage final "miroir" :............................................................................................................... 9 4-6 Démontage, nettoyage, tri : ......................................................................................................... 9 4-7 Test de résistivité des plaquettes, tri final en fonction des résistivités : ................................. 10 4-8 Repérage - marquage : ............................................................................................................... 10 4-9 Nettoyage final en salle blanche : .............................................................................................. 10 4-10 Test de planéité : ...................................................................................................................... 10 5) Dopage .............................................................................................................................................. 10 5-1 Diffusion : .................................................................................................................................... 10 

Phénomène de diffusion : ..................................................................................................... 10



Procéder de la diffusion : ...................................................................................................... 11

5-2) Implantation ionique :............................................................................................................... 12 

Avantage : .............................................................................................................................. 13



Inconvénient : ........................................................................................................................ 13



Implanteur et dose à implanter :........................................................................................... 13

6) Epitaxie .............................................................................................................................................. 13 6-1 Mécanisme physique de base .................................................................................................... 14 Page | 1

6-2 l'épitaxie par jet moléculaire : ................................................................................................... 14 6-3 l'épitaxie en phase liquide ou LPE :............................................................................................ 15 6-4 L'épitaxie en phase vapeur (VPE ou CVD) : ................................................................................ 15 7) L' OXYDATION .................................................................................................................................... 16 7-1 Importance de l'oxydation du Silicium ...................................................................................... 16 7-2 Principe de l'oxydation ............................................................................................................... 16 8) Gravure.............................................................................................................................................. 19 8-1 La gravure humide : .................................................................................................................... 19 8-2 La gravure sèche : ....................................................................................................................... 21 9) PHOTOLITHOGRAVURE ..................................................................................................................... 22 9-1 Définition .................................................................................................................................... 22 9-2 Principe de la photolithographie ............................................................................................... 23 9-3 Séquence de la photolithographie ............................................................................................. 23 10) Encapsulation .................................................................................................................................. 24 10-1 Test ............................................................................................................................................ 25 10-2 Procédé de fabrication du transistor MOS .............................................................................. 26 Conclusion ............................................................................................................................................. 33 Bibliographie.......................................................................................................................................... 33

Page | 2

Historique Quand ont été inventes les transistors ? En 1947, les physiciens américains John Bardeen, Walter Brain et William Shockley ont inventé le transistor chez Bell Telephone Laboratories. Ils ont reçu le prix Nobel de physique en l'année 1956. En 1954, Texas Instruments a produit le transistor au silicium pour la première fois. L'utilisation du transistor est d'amplifier et commuter des signaux électroniques.

John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain

1) Introduction Le transistor est un composant actif qui fait partie de la famille des semi-conducteurs à trois électrodes actives, qui permet de contrôler un courant (ou une tension) sur une des électrodes de sorties (le collecteur pour le transistor bipolaire et le drain sur un transistor à effet de champ) grâce à une électrode d'entrée (la base sur un transistor bipolaire et la grille pour un transistor à effet de champ).

Les transistors

2) Types De Transistor 2-1 Transistor bipolaire Un transistor bipolaire est un dispositif électronique à base de semi-conducteur de la famille des transistors. Son principe de fonctionnement est basé sur deux jonctions PN, l'une en direct et l'autre en inverse. La polarisation de la jonction PN inverse par un faible courant Page | 3

électrique permet de « commander » un courant beaucoup plus important, suivant le principe de l'amplification de courant. Transistor bipolaire : Transistor NPN  Pour autoriser le passage du courant du collecteur à l’émetteur, il faut appliquer une tension relativement positive à la base.  Sur le symbole du schéma, la flèche pointe de la base vers l’émetteur et montre la direction du courant positif.  La tension appliquée à la base doit être supérieure d’au moins 0,6 V à celle appliquée à l’émetteur.  Le collecteur doit être plus positif que l’émetteur.

Figure3 : transistor bipolaire NPN Transistor bipolaire : Transistor PNP  Pour autoriser le passage du courant de l’émetteur au collecteur, il faut appliquer une tension relativement négative à la base.  Sur le symbole du schéma, la flèche pointe de l’émetteur vers la base et montre la direction du courant positif.  La tension appliquée à la base doit être inférieure d’au moins 0,6 V à celle appliquée à l’émetteur  L’émetteur doit être plus positif que le collecteur.

Figure4 : transistor bipolaire PNP

Page | 4

2-2 Transistor à effet de champ Transistor à effet de champ est un dispositif semi-conducteur de la famille des transistors. Sa particularité est d'utiliser un champ électrique pour contrôler la forme et donc la conductivité d'un « canal » dans un matériau semi-conducteur.

3) PURIFICATION DU SILICIUM 3-1 Sources du Silicium Le silicium existe en grande quantité à la surface du globe terrestre. C'est le deuxième élément le plus fréquent de la croûte terrestre ; O2 (46%), Si (28%), Al (8%). Sa température de fusion est de 1415°C, qui est donc assez élevée, et son affinité chimique est forte à haute température. Le silicium cristallise dans une structure zinc-blende tétraèdrique (ou cubique face centrée avec motif à deux atomes décalés d'un quart suivant la première diagonale) identique à celle du diamant mais avec une distance interatomique légèrement plus élevée. C'est donc un matériau avec une bonne cohésion et donc une bonne stabilité thermique. Les sources naturelles sont essentiellement les silicates (sable, etc...) mais aussi zircon, jade, mica, quartz, donc du SiO2 sous diverses formes et plus ou moins de contaminants (qui lui donnent des couleurs différentes).

Silicium Cristallise 3-2 Pureté chimique requise  La qualité électronique ou microélectronique est en fait difficile à obtenir et nécessite une succession importante d'étapes de purification. Il faut se rappeler que d'une part toute la théorie effectuée sur les dispositifs à semi-conducteur est basée sur un cristal parfait ou quasi-parfait. La notion de dopage tient compte du fait que l'on peut maîtriser la concentration d'atomes dopants au niveau de 1014 cm-3. Bien que ce chiffre puisse paraître grand il est en fait très faible par rapport au nombre d'atomes par unité de volume du réseau cristallin. En effet, dans le cas du silicium, il y a 5.1022 atomes par cm3. Cela signifie que la pureté chimique exigée doit être meilleure que 10-9, soit d'une partie par milliard.  La démarche va donc consister dans un premier temps à obtenir du silicium de qualité dite métallurgique (Metallurgic Grade Silicon), puis de purifier le matériau pour atteindre la pureté requise ou électronique (Electronic Grade Silicon).

Page | 5

3-3 Réduction de la silice La première étape consiste à effectuer une électrolyse dans un four à arc pour atteindre des températures suffisantes permettant de fondre la silice. Le SiO2 est mélangé à du carbone (charbon).En pratique, l'électrode est en graphite et est consommée par l'arc électrique . La réaction bilan est la suivante, sachant qu'en réalité elle résulte d'un grand nombre de réactions chimiques intermédiaires : SiC(liquide) + SiO2 (liquide) ---> Si (liquide) + SiO (gaz) + CO (gaz) Nous donnons dans la suite quelques réactions intermédiaires mises en jeu dans le four à arc montrant la complexité de la chimie effective à ces hautes températures : SiO + SiO2 ---> Si (solide) + SiO (gaz) + CO (gaz) SiO2 + 2C ---> Si + 2CO SiO2 + C ---> + SiO + CO SiO + CO ---> SiO2 + C

Electrolyse de la silice permettant d'obtenir du silicium fondu de qualité métallurgique Après cette opération, le silicium obtenu a une pureté de 98 %. Il faut donc le purifier encore de plusieurs ordres de grandeur pour obtenir du matériau pour la microélectronique.

4) Fabrication des plaquettes (wafer) La fabrication des plaquettes à partir du silicium purifié nécessite un grand nombre d'étapes que nous allons voir quelque une. En générale Il faudra tout d'abord réaliser un cristal, sous forme de lingot qui sera ensuite découpé en rondelles pour constituer les plaquettes. Nous allons voir qu'un grand nombre de précautions est nécessaire. Page | 6

4-1 Tirage et croissance du cristal : La méthode consiste en une solidification dirigée à partir d'un germe monocristallin de petite taille. On part du matériau fondu à une température juste au-dessus du point de fusion, avec un gradient de température contrôlé. Le germe est placé dans une « navette » suspendue audessus du liquide par une tige. Le liquide se solidifie sur le germe en gardant la même organisation cristalline au fur et à mesure que l'on tire le germe vers le haut tout en le faisant tourner (à vitesse très lente).

Séquence de fabrication des plaquettes 1

Séquence de fabrication des plaquettes 2 On peut contrôler le diamètre de croissance du cristal en faisant varier la température du bain ou la vitesse de tirage 4-2 Rectification et découpage : Dès qu’on obtient le lingot on passe à la :  L’équeutage du lingot : Cette opération consiste à éliminer les extrémités du lingot soit mal cristallisées soit riches en impuretés (surtout si la technique de croissance a été la fusion de zones).

Page | 7

 Polissage cylindrique: Lors du tirage, le diamètre du lingot varie légèrement ce qui constitue des ondulations à sa surface. Pour obtenir des plaquettes de même diamètre un polissage cylindrique est nécessaire.

 Repérage cristallographique du lingot : Il sera nécessaire de connaître les orientations cristallographiques afin d'effectuer en fin de fabrication la découpe suivant les axes cristallographiques. Après repérage, on crée un méplat servant de référence (plan 100 par exemple).

 Découpage des plaquettes : Ce découpage s'effectue à l'aide d'une scie diamantée de 400 µm d'épaisseur environ pour les lingots de diamètre important. Des techniques de coupes par scie à fil commencent à être utilisées chez de nombreux fabricants. Dans ce dernier cas, les pertes de coupes sont plus faibles. Le sciage à fil:

Ce procédé permet d’obtenir des centaines, voire des milliers de plaques en une seule opération avec un très bon état de surface et une perte de matière due aux traits de découpe minimisée.

Page | 8

4-3 Attaque chimique des plaquettes : Lors des différentes étapes, il s'est formé, en surface des plaquettes, un oxyde natif contenant des impuretés. Ces impuretés sont soit métalliques et sont éliminées par une solution acide, soit organiques et éliminées par une solution basique : - solutions acides : HNO3, CH3COOH, - solutions basiques : KOH. L'oxyde natif est finalement attaqué par une solution d'acide fluorhydrique (HF). On obtient alors une surface chimiquement neutre avant un polissage "miroir". 4-4 Préparation au polissage final de la face active : Les plaquettes sont montées sur une polisseuse. Elle est constituée de satellites qui tournent sur eux-mêmes afin d'améliorer l'homogénéité de polissage des plaquettes

4-5 Polissage final "miroir" : Après qu’on fait une élimination de l’excès (25µm environ sont éliminés), On passe au polissage final, Ce polissage peut être mécanique ou mécano-chimique qui combine à la fois les effets mécaniques et chimiques. Il faut éliminer les rayures, les peaux d'orange. Cette opération est effectuée à l'aide d'une machine identique à celle du polissage final de la face active, mais avec des disques de polissage peu agressifs et une solution abrasive à très petits grains (diamètre de 0,1 à 0,5 mm). 4-6 Démontage, nettoyage, tri : Ces dernières opérations permettent :

Page | 9

- le démontage des plaquettes des supports de polissage, - le nettoyage final, - le tri final en fonction des épaisseurs. 4-7 Test de résistivité des plaquettes, tri final en fonction des résistivités : Afin de sélectionner les lots pour les clients, un tri en fonction de la résistivité est effectué. 4-8 Repérage - marquage : Un marquage de lots, lingots, date, etc.. , est réalisable à l'aide d'un faisceau laser. Cela permet de suivre la plaquette tout au long des étapes de fabrication.

4-9 Nettoyage final en salle blanche : Pour démarrer l'ensemble des étapes du procédé de fabrication des circuits intégrés, il ne faut pas de graisse, pas de poussières, etc... . Un nettoyage final est nécessaire. 4-10 Test de planéité : Ce test est important pour la lithographie. Il existe aujourd'hui des machines à tester la planéité basée sur une mesure optique (déviation d'un faisceau laser). Après l'ensemble de ces étapes, les plaquettes sont prêtes pour subir les étapes de fabrication des circuits intégrés (ou des composants discrets).

5) Dopage Un dopant, dans le domaine des semi-conducteurs, est une impureté ajoutée en petites quantité à un matériau pur afin de modifier ses propriétés de conductivité. Parmi les méthodes de dopage utilisées on peut citer essentiellement le dopage par diffusion ou par implantation ionique. 5-1 Diffusion :  Phénomène de diffusion : Un phénomène très général dans la nature, qui correspond à la tendance à l'étalement d'espèces, particules, atomes ou molécules grâce à une excitation énergétique apportée par la chaleur .A température ambiante le phénomène de diffusion sera très important dans un milieu gazeux, plus faible dans un milieu liquide et pratiquement nul dans un milieu solide.

Page | 10

Pour obtenir un phénomène de diffusion dans un solide ou un cristal, il faudra chauffer le matériau à des températures voisines de 1000°C

 Procéder de la diffusion : Les procédés de diffusion vont dépendre de la nature des sources de dopants. Il existe trois grands types de sources qui permettent de fournir les éléments dopants que l'on doit faire pénétrer dans les substrats. Ces sources sont gazeuses, liquides ou solides.

Les sources gazeuses sont les gaz tels que l'Arsine, AsH3, la phosphine, PH3 ou le diborane B2H6 Notons qu'il circule en permanence un gaz neutre (azote N2) afin d'éviter toute pollution par des éléments venant de l'atmosphère ambiante. Cet azote doit être très pur afin de ne pas polluer le four.

Page | 11

Bien qu'a priori ces gaz soient simples à mettre en œuvre, ils sont par contre très dangereux puisque létaux pour l'homme à quelques ppm (partie par million) de concentration. On leur préfère des sources liquides telles que POCl3 ou BBr3 qui sont liquides à température ambiante mais facilement vaporisées pour être introduites dans des fours de diffusion. On peut aussi utiliser des sources solides que sont les verres contenant les dopants tels que nitrure de bore ou verre dopé au phosphore. Ces sources se présentent sous forme de plaquettes et sont en général introduites dans le four en alternance avec les plaquettes à doper .Ces plaquettes sont activées par une oxydation qui permet de former un oxyde. Dans le cas du Bore, du B2O5 se forme. Ces oxydes ou verres s'évaporent et se déposent sur les plaquettes. Au cours de ce dépôt, une fraction pénètre depuis la surface dans le silicium. Après retrait des sources solides du four, les éléments dopants sont diffusés vers l'intérieur du substrat par une étape thermique (à haute température). En pratique, avant l'étape de diffusion, on élimine le verre déposé par gravure chimique, la quantité de dopant introduite dans le substrat en surface durant le dépôt étant suffisante.



5-2) Implantation ionique : Cette opération consiste à introduire des atomes ionisés projectiles avec suffisamment d'énergie pour pénétrer dans l'échantillon cible (en général une plaquette). Cette pénétration ne s'effectue que dans des régions de surface. Cette opération est essentiellement utilisée pour doper le semi-conducteur durant la fabrication des dispositifs (création de zones de source ou de drain d'un transistor MOS, d'une base et d'un émetteur dans un transistor bipolaire, etc...)

Page | 12

 Avantage : Elle permet un contrôle précis de la quantité totale d'atomes implantés (dose d'implantation) et du profil de concentration du dopant  Inconvénient : Le bombardement d'un monocristal par des atomes crée des dégats dans la structure cristalline implantée

1)

2)

3)

 Implanteur et dose à implanter : L'implanteur est en pratique un accélérateur d'ions. Il est composé des parties suivantes visibles sur la figure: - génération des ions à partir d'une source solide, liquide ou gazeuse dans un plasma excité à 25kV, - sélection des ions par champ magnétique effectuant le tri par le rapport masse sur charge, - accélération des ions à l'énergie d'implantation souhaitée, - mise en forme du faisceau d'ions par des lentilles électrostatiques, - dispositif de balayage en x et y afin d'implanter de façon uniforme les plaquettes.

6) Epitaxie La technique consiste à utiliser le substrat comme germe cristallin de croissance et à faire croître la couche par un apport d'éléments constituant la nouvelle couche. Il existe deux types d'épitaxie : Page | 13

Homoépitaxie: les matériaux sont identiques. Hétéroépitaxie: les matériaux sont différents.

6-1 Mécanisme physique de base Pour comprendre la croissance épitaxiale, il faut s'attarder sur la possibilité de fixation des atomes en présence près de la surface et leur accrochage possible au réseau cristallin. Il faut d'une part que les atomes puissent se déplacer au niveau de la surface pour atteindre un site cristallin ou éventuellement quitter cette surface. Pour cela, il est nécessaire d'apporter de l'énergie qui est en général sous forme thermique. Plusieurs situations peuvent se présenter en fonction du lieu de collage des atomes à la surface avant réalisation des liaisons chimiques, tel que représenté sur la figure suivante. Les 3 mécanismes prépondérants sont les suivants :  un atome arrive sur la surface et repart de celle-ci la liaison possible n'étant pas suffisante pour "accrocher" l'atome (A),  un atome tombe dans un trou du réseau et établit immédiatement, vu son environnement plusieurs liaisons qui le fixent définitivement dans le cristal (B),  un atome s'accroche sur le bord d'une marche et reste en moyenne lié (C)

L'analyse de ces 3 mécanismes, montre facilement que les trous seront les premiers bouchés et que la croissance se fera couche atomique par couche atomique à condition que l'apport d'atomes soit bien dosé et que ces derniers aient une énergie suffisante pour se mouvoir à la surface et atteindre les sites d'accrochage. Ces conditions vont dépendre de la méthode expérimentale utilisée. 6-2 l'épitaxie par jet moléculaire : Le principe de l'EJM consiste à produire dans une enceinte à basse pression des jets moléculaires ajustés en flux et direction, et à les faire interagir sur un substrat porté à une température convenable.

Page | 14

6-3 l'épitaxie en phase liquide ou LPE : Cette technique consiste à faire croître le cristal par la mise en contact du substrat avec une source liquide. Cette méthode présente l'avantage d'être très rapide, la vitesse de croissance peut être de l'ordre du micron par minute mais pas la même présition que l EJM.

6-4 L'épitaxie en phase vapeur (VPE ou CVD) : Cette opération consiste à faire croître le cristal à partir de sources de gaz contenant les éléments dopants. Dans le réacteur, les gaz se dissocient pour fournir par exemple le silicium qui se dépose à la surface des plaquettes.

Page | 15

7) L' OXYDATION 7-1 Importance de l'oxydation du Silicium L'oxydation est une étape très importante dans la réalisation des circuits intégrés au silicium, puisque c'est grâce à cette propriété spécifique que le silicium, qui n'est pas a priori un très bon semi-conducteur, est devenu le matériau le plus utilisé en microélectronique. Cette opération est nécessaire tout au long des procédés modernes de fabrication des circuits intégrés. Il est donc primordial de savoir réaliser un oxyde de bonne qualité. L'oxyde peut servir : - de masque d'implantation ou de diffusion de dopants. - de couche passivante à la surface du silicium. - de zones d'isolation entre différents composants d'une structure intégrée. - de couche active dans les transistors MOS (oxyde de grille). 7-2 Principe de l'oxydation Il existe plusieurs techniques pour obtenir un oxyde : - l'oxydation thermique en présence d'oxygène, dite oxydation sèche, - l'oxydation thermique par voie humide en présence d'oxygène et de vapeur d'eau, - l'oxydation thermique vapeur en présence de vapeur d'eau uniquement, - l'oxydation anodique, obtenue par voie électrochimique, - l'oxydation plasma, réalisée à l'aide d'un plasma d'oxygène. L'opération technologique d'oxydation de celle du dépôt d'oxyde qui n'entraîne pas les mêmes contraintes, thermiques notamment.

Page | 16

L'opération d'oxydation consiste donc à oxyder le Silicium depuis la surface du substrat. Les réactions principales sont les suivantes : Si solide + O2 ---> SiO2 solide Si solide + 2 H2O ---> SiO2 solide+ 2H2

La couche de Silicium initiale réagit avec l'élément oxydant pour former le SiO2 ; on va ainsi consommer du Silicium. L'interface Si/SiO2 va donc se retrouver "au-dessous" de la surface initiale. Un calcul simple montre que la fraction d'épaisseur située "au-dessous" de la surface initiale représente 46% de l'épaisseur totale de l'oxyde ; la fraction "au-dessus" représente donc 54% .

Les opérations d'oxydations s'effectuent en général dans des fours similaires à ceux de diffusion dans lesquels on fait circuler de l'oxygène, sec ou humide, ou de la vapeur d'eau.

Page | 17

Toutefois, dans les technologies submicroniques, les plaquettes peuvent être traitées dans des réacteurs à chauffage très rapide à lampes (type halogène) en présence d'un élément oxydant. Cette technique s'appelle oxydation thermique rapide.

Page | 18

Furnaces used for diffusion and thermal oxidation at LAAS (Laboratory for Analysis and Architecture of Systems) technological facility in Toulouse, France.

8) Gravure Deux techniques sont couramment utilisées : - la gravure dite par voie humide, - la gravure sèche. Ces deux types de gravure interviennent de nombreuses fois au cours des procédés modernes. Elles permettent de graver de façon sélective, des couches ou des films afin de créer des motifs (zone actives de dispositifs, grille de transistors, pistes d'interconnexion, etc...). Nous verrons dans les opérations de photolithogravure qu'en utilisant une résine photosensible on peut protéger des zones. La gravure ne doit donc dans ce cas que concerner les zones non protégées. Photoresist SiO2

p substrate

8-1 La gravure humide : La gravure par voie humide se fait par attaque chimique en solution aqueuse (bain contenant de l'eau). Par exemple, l'oxyde de silicium est gravé par une solution partiellement diluée d'acide fluorhydrique (HF) tamponnée par du fluorure d'ammonium (NH4F). Suivant les concentrations de l'espèce réactante, on étalonne les vitesses de gravure pour un type de couche. En général, par voie humide, la couche est attaquée de façon équivalente suivant Page | 19

toutes les directions de l'espace. On dit que la gravure est isotropique(toutes les directions de l'espace). Dans de très nombreuses filières technologiques, la gravure humide est utilisée majoritairement car elle est relativement simple à mettre en oeuvre et que dans des grands bacs, un lot complet pouvant contenir jusqu'à 200 plaquettes peut être traité en une seule opération.

Les solutions les plus couramment utilisées en fonction de la nature des couches à graver sont les suivantes : - silicium polycristallin HNO3 + HF - silicium monocristallin Hydrazine N2H4 (65%) + H2O (35%) - dioxyde de silicium HF + NH4F + H2O - nitrure de silicium H3PO4 - aluminium H3PO4 + HNO3 + acide acétique + H20

Page | 20

Exemple de machine de Gravure 8-2 La gravure sèche : La gravure sèche est en réalité une technique de gravure plasma dans laquelle interviennent à la fois les effets de bombardement par des ions et la réaction chimique. Le réacteur ressemble au réacteur de dépôt à platine porte-substrats horizontale, mais les gaz injectés sont dans ce cas destinés à graver la couche de surface (figure suivante). De la même façon, on utilise un générateur radiofréquence qui va permettre de générer dans le réacteur les espèces réactives.

Page | 21

la différence entre gravure isotropique et anisotropique peut être représentée sur la figure suivante. Il faudra tenir compte de la gravure latérale plus importante dans le cas de la gravure humide. Il est clair que pour les motifs de très petite dimension, il sera préféré une gravure anisotropique.

9) PHOTOLITHOGRAVURE 9-1 Définition Toutes les techniques de procédés technologiques exposées précédemment présentent peu d'intérêt si elles ne se réalisent que pleine plaque. Il faut pouvoir oxyder, doper, métalliser

Page | 22

localement suivant des motifs très bien définis et sur des surfaces de plus en plus faibles afin de créer et d'interconnecter des dispositifs élémentaires entre eux. Le procédé de transfert d'un masque (physique ou logiciel) vers la plaquette s'appelle photolithogravure. Ce mot est construit à partir de lithos (pierre en grec) et, de photographie. Il s'agit d'un procédé photographique qui permet la gravure d'une (ou plusieurs) couche solid telle que nitrure, oxyde, métal, etc..., suivant un motif bien défini. 9-2 Principe de la photolithographie L’objectif est de transférer un motif réalisé sur masque vers une couche de la plaquette.

9-3 Séquence de la photolithographie

Page | 23

Exemple de machine de la photolithographie

10) Encapsulation Les die défectueux sont tout d’abord isolés, puis les bons sont sciés et collés à L’armature du package final ; cette colle peut être un adhésif époxyde ou un lien Eutectique silicium-métal, c'est-à-dire un mélange des substances sans atteindre leur Point de fusion.  LE WIRE BOND Cette technique est la plus répandue, chaque point de contact du die sera relié aux Pattes externes du package final par les fils d’or ou d’aluminium d’approximativement 0.001" (25.4µ). Ces fils sont implantés par un système qui place le bout du fil sur la zone Et applique une vibration ultrasonique afin de le souder au die. Le dos du package est Ensuite soudé sur l’armature, le tout étant scellé par un composé plastique.

Page | 24

 LE FLIP CHIP

Cette technique, de loin la meilleure, consiste à placer le die à l’envers et de Connecter directement les points à relier sur une couche dotée de point correspondant à Ceux du die. Coté châssis, les points sont reliés aux pattes du package par des ponts. Le die est ensuite recouvert résine pour le rendre statique.

10-1 Test C’est au moment du test ou essai du wafer que l’on observe la correspondance Entre le cahier de charge initial et le fonctionnement final du composant. Cette étape Nécessite 3 outils de base : i. Un chariot de transport place le wafer dans un mandrin et l’aligne avec précision sous l’ensemble de contacts constituant la carte de test. ii. Une fine sonde électrique connecte les différentes entrées, sorties et modules d’alimentation à la carte de test.

iii. L’appareil de contrôle (ATE : Automatic Test Equipment), vérifie de façon logicielle le fonctionnement global du circuit. A la moindre détection de défaillance, le circuit est immédiatement marqué par un point d’encre

Page | 25

10-2 Procédé de fabrication du transistor MOS Après avoir étudier l'ensemble des étapes technologiques de fabrication Élémentaires .ce chapitre est consacré à l'étude du procédé complet de la Réalisation de transistor MOS Processus de fabrication du transistor MOS b. Nettoyage du Substrat

c. L’oxydation : Le procédé d'oxydation est réalisé en utilisant de l'oxygène de haute pureté et d'hydrogène, qui sont exposées dans un four d'oxydation à environ 1000 degrés

d. Photolithographie d’ouverture de Source et de Drain i. Photoresist

ii. Masking : La couche de résine est exposée aux rayons UV à travers le masque

Page | 26

iii. Résultat

e. La couche de SiO2 d'oxydation est enlevée à travers la zone ouverte faite par la photolithographie à l'aide d'acide fluorhydrique (HF)

f. Le reste de la couche de résine est enlevé par un plasma à haute température

Page | 27

g. Dopage au phosphore

h. photolithographie d'ouverture de la zone de canal

i.

Réalisation de l'oxyde de grille par oxydation fine

j.

ajustement de la tension de grille par implantation de Bore

Page | 28

k. photolithographie d'ouverture des contacts de source et de drain

l.

dépôt d'aluminium

m. photolithographie d'aluminium

Nous analyserons dans la suite un procédé plus complexe mettant en œuvre plusieurs types de composants simultanément.

Processus de fabrication du CMOS Les étapes a et b, c(i) du processus MOS sont répétés dans ce processus on passe directement à l’étape suivante

Page | 29

a. Masque et exposition

b. Enlèvement de SIO2 par un acide

c. Enlèvement de la couche de résine

d. Formation du N-well

Page | 30

e. Enlèvement de la couche SIO2

f. Déposition du polysilicon

g. Retrait de la couche pour les Bases

h. Oxydation process et photolithographie pour n-diffusion

i.

implantation ionique

Page | 31

j.

Enlèvement du reste de la couche

k. Oxydation process et photolitographie pour p-diffusion

l.

Croissance de la couche d’oxydation

m. Gravure des portes

n. Métallisation par l’aluminium

Page | 32

o. Terminal

Conclusion La technologie microélectronique met en œuvre un grand nombre d'étapes élémentaires nécessaires à la fabrication d'un circuit intégré. Les étapes que nous avons présenté dans cet raport permettent de montrer de manière très simplifiée l’évolution de la matière depuis son état naturel et désordonné (le sable) vers une structure de grande complexité et la mieux ordonnée possible (transistor).

Bibliographie [1] L. Crossman et J. Baker, "Polysilicon technology", Semiconductor silicon 1977, Electrochem. Soc., Pennington, New Jersey, 1977 [2] S.M. Sze, "VLSI Technology", 2nd edition, McGraw-Hill International Editions, 1988 [3] D.V. Morgan and K. Boar, "An introduction to semiconductor technology", 2nd edition, John Wiley & sons, 1990 [4] R.B. Fair, "Concentration profiles of diffused dopants in silicon, in F.F.Y. Wang, Ed. Impurity Doping Process in Silicon, North Holland, New York, 1981 [5] S.M. Sze, "VLSI Technology", 1st edition, McGraw-Hill International Editions, 1983 [6] S.M. Sze, "Semiconductor devices", Wiley, New York, 1985

Page | 33