La technologie microélectronique met en œuvre un grand nombre d'étapes élémentaires nécessaires à la fabrication d'un circuit intégré. Les étapes que nous étudions dans ce cours permettent de faire évoluer la matière depuis son état naturel et désordonné (le sable) vers une structure de grande complexité et la mieux ordonnée possible. Les principales étapes qui seront abordées dans la suite sont :
* la purification du silicium,
* la fabrication du cristal,
* la fabrication des plaquettes,
* l'épitaxie,
* les procédés de dopage : diffusion et implantation de dopants,
* l'oxydation : cette étape est une spécificité du matériau silicium,
* les dépôts :
- dépôt de matériaux semi-conducteurs
- dépôt d'isolants
- dépôt de conducteurs,
* la gravure :,
- gravure chimique
- gravure sèche,
* la photolithogravure.
La suite du document consistera à mettre en œuvre cet ensemble d'étapes dans des séquences précises qui permettront d'aboutir à un procédé complet de fabrication d'un circuit intégré.
On appellera "filière technologique" cet ensemble d'étapes dont les paramètres et la succession auront été établis par un industriel et qu'il mettra en œuvre pour fabriquer plusieurs types de composants. C'est la complexité d'un procédé complet qui peut contenir plus de 400 étapes élémentaires qui impose cette démarche. Ceci explique aussi la contrainte pour un industriel de rester dans sa filière, c'est-à-dire de modifier le moins possible les séquences ou les étapes parfaitement mises au point.
Une filière technologique est donc associée à la réalisation d'un type de circuit intégré. Elle correspond à un choix précis d'étapes technologiques élémentaires avec une séquence bien établie. Nous verrons plusieurs exemples de filières technologiques : NMOS, CMOS, bipolaire, BiCMOS, etc..., correspondant à des types de composants particuliers mais qui sont aussi spécifiques d'un fabricant.
Le cycle complet de fabrication peut être schématisé comme représenté sur la figure 2. On remarque qu'à partir de la matière, on fabrique successivement un lingot, des plaquettes qui subissent un grand nombre d'étapes élémentaires. Ces étapes apparaissent pour certaines plusieurs fois, ce qui signifie qu'il y a un cycle (ou une boucle). En effet, l'opération de photolithogravure qui consiste à transférer un motif inscrit dans un masque sur la plaquette, peut intervenir un grand nombre de fois. Dans les technologies les plus récentes, une quinzaine de photolithogravures sont nécessaires.
Figure 2 : cycle simplifié de fabrication d'un circuit intégré.
Quand le cycle, mettant en jeu à plusieurs reprises certaines de ces étapes, est terminé, les plaquettes sont testées puis découpées. La découpe réalisée suivant des axes cristallographiques permet de réaliser des puces, petits rectangles, de semi-conducteur. Notons que grâce à la maîtrise et la très forte amélioration des rendements de procédés de fabrication, la dimension des puces est passée d'environ 1mm2 en 1970 à quelques cm2 en 2000.
Les puces sont ensuite incluses dans des boîtiers (boîtier de circuit intégré) qui seront eux-mêmes ensuite montés sur des circuits imprimés.
Dans certains cas, plusieurs puces sont montées dans un même boîtier spécial qui permet de limiter le nombre d'interconnexions en utilisant des pistes gravées dans le boîtier. Elles constituent alors un circuit hybride qui peut contenir plusieurs centaines de broches ou "pattes" (pins en anglais). Ces circuits sont alors montés sur des circuits imprimés ou des connecteurs.
