II) Valmistustekniset prosessit: yksittäisprosessit ja valmistusketju
Mikroelektroniikassa käytetään monia perusprosesseja, jotka ovat välttämättömiä mikropiirin valmistamisessa. Tällä kurssilla opiskeltavat prosessit tekevät mahdolliseksi muuttaa aine luonnossa esiintyvästä ja järjestäytymättömästä tilasta (kuten esimerkiksi hiekasta) rakenteellisesti selkeäksi ja mahdollisimman järjestäytyneeksi. Pääprosessit, joita jatkossa käsitellään, ovat:
* piin puhdistus,
* kiteen valmistus: tangon veto,
* piikiekkojen valmistus,
Figure 1 : métiers des semi-conducteurs présentés à partir d'un synoptique simplifié d'un cycle de fabrication. La technologie microélectronique est au centre d'un grand nombre d'activités.
* epitaksia eli kiteen kasvatus,
* seostamismenetelmät: epäpuhtauksien diffuusio ja ioni-istutus,
* oksidointi: tällä prosessilla on erityismerkitys piin kohdalla: planaari- ja MOS-valmistustekniikka on tehnyt piistä tärkeimmän puolijohteen viimeisten 40 vuoden aikana,
* puolijohdekerrostus
- eristekerrostus
- johdekerrostus,
* etsaus - kemiallinen syövytys
- kuivasyövytys,
* fotolitografia.
Edellä olevia prosesseja toistetaan määrätyssä järjestyksessä, mikä mahdollistaa menetelmän mikropiirin valmistamiseen.
Tätä prosessien joukkoa kutsutaan teknologiseksi valmistusketjuksi. Sen parametrit ja prosessien järjestyksen on kehittänyt valmistaja, jonka tarkoituksena oli tuottaa erilaisia samaan ”perheeseen” kuuluvia piirityyppejä. Menetelmä on monimutkainen ja se voi sisältää jopa 400 perusvaihetta.
Jokainen teknologinen valmistusketju tähtää siis tietyn tyyppisten mikropiirien toteuttamiseen. Se vastaa teknologisen perusvaiheen ja hyvin laaditun sarjan valintaa. On olemassa useita esimerkkejä teknologisista valmistusketjuista, kuten NMOS, CMOS, bipolaaritransistori, BiCMOS, jne., jotka vastaavat tiettyjä komponenttityyppejä. Valmistusketjut ovat luonnollisesti valmistajakohtaisia.
Täydellinen valmistusketju esitetään graafisesti kuvassa 2. Materiaalista valmistetaan ensin tanko, josta leikataan ohuempia kiekkoja, jotka joutuvat käymään läpi suuren määrän erilaisia perusprosesseja. Vaiheet toistetaan useita kertoja, mikä johtaa monimutkaiseen valmistusketjuun.. Itse asiassa, fotolitografia, jossa laattaan kaiverrettu kuva siirretään levylle, voi vaatia suuren määrän toistoja. Nykytekniikassa tarvitaan viitisentoista kertaa.
Kuva 2: Yksinkertaistettu valmistusketju mikropiirin toteuttamiseksi.
Kun valmistusketju on päättynyt toistettuaan joitakin työvaiheita useita kertoja, levyt testataan ja paloitellaan kidetasojen suuntaisesti. Paloittelun tuloksena saadaan pieniä suuntaissärmiöitä, puolijohtavia piisiruja. Huomattavaa on, että valmistusmenetelmän hallinnan ja erittäin voimakkaan kehityksen ansiosta piisirujen koko on noussut vuodesta 1970 vuoteen 1995 1mm2:stä noin muutamaan cm2:iin.
Piisirut pakataan sitten mikropiirin koteloon, joka puolestaan liitetään piirilevyyn.
Useampia piisiruja pyritään sijoittamaan samaan koteloon, mikä vähentää kytkentöjen määrää, kun voidaan käyttää hyväksi kuoreen kaiverrettua johdotusta. Nämä koteloidut piirit kiinnitetään sitten painolevyihin tai liittimiin.
