Fabricarea plachetelor pornind de la siliciul purificat necesita parcurgerea unui numar mare de etape, pe care le vom detalia in continuare.
In primul rand se cere realizat un monocristal, in forma de lingou, care va fi decupat apoi in discuri subtiri ce vor reprezenta plachetele.
Vom vedea ca sunt necesare multe precautii. Aceste etape sunt suficient de numeroase pentru a putea constitui un "alfabet" complet al
etapelor elementare (dupa brosura SCItec).
 
 
 

a) polisiliciu cat mai pur posibil :

Siliciul purificat este folosit pentru a forma sarjele cu care se incarca reactorul de crestere a monocristalului. Problema o constituie
puritatea chimica a materialului care, in ciuda valorii sale ridicate, este inca slaba in raport cu gradul de dopare uzual.

Acest cristal de siliciu comporta 5.10²² atomi pe cm³.  La o puritate de 0,999999 (dificil de atins) dopajul neintentionat echivalent
poate fi de 5.10¹⁶ cm^-3. Lucrurile vor trebui imbunatatite in continuare !
 
 

b) pregatirea sarjei ce va fi topita si transformata in lingou :
 

In aceasta sarja se pot introduce elemente dopante, daca se doreste obtinerea de plachete (substraturi )dopate. Se adauga in acest
caz dopant in proportie calculata in raport cu sarja.
 
 

c) tragerea si cresterea cristalului :
 

Sarja, introdusa intr-un creuzet din grafit, este topita. Pornind de la un germene de crestere, se efectueaza tragerea progresiva a
lingoului, asigurand conditii de proces foarte precise (temperatura creuzetului cu sarja topita, a incintei, gradientul de temperatura,
transferul de caldura, viteza de tragere a germenului, etc...). In functie de vuteza de tragere se obtin lingouri de diverse diametre.
Aceasta metoda de tragere este numita "Czochralski".  De notat ca diferenta intre vitezele de difuzie ale diferitelor elemente intre faza
lichida si cea solida conduce la modificarea concentratiei relative a acestor elemente in lungul lingoului. Aceasta se intampla in particular
cu concentratia elementelor dopante, ceea ce face ca rezistivitatea sa nu fie constanta de-a lungul lingoului, chiar daca toti ceilalti
parametri sunt constanti.
 

Evolutia dimensiunilor lingourilor a fost legata de evolutia gradului de control asupra parametrilor de proces si echipamentelor asociate, avand
ca scop cresterea randamentului de fabricatie si reducerea costurilor de productie pe circuit integrat realizat. Astfel, in mai putin de 30 de ani,
diametrul plachetelor a crescut de 10 ori.
 
 
 

1964 : 25 mm 1969 : 50 mm 1974 : 75 mm 1978 : 100 mm 1982 : 125 mm 1985 : 150 mm 1990 : 200 mm 1998 : 300 mm

O alta tehnica poate fi folosita pentru realizarea lingourilor de mari dimensiuni. Ea porneste de la un lingou de siliciu policristalin obtinut
in reactorul de reducere a triclorosilanului. Cresterea cristalului se obtine pornind de la un germene fixat la extremitatea lingoului, prin
deplasarea unei zone topite (figura 9). Aceasta zona este incalzita pana la limita fuziunii siliciului de catre o bobina parcursa de curent de
inalta frecventa, care induce in lingou curenti turbionari (Foucault).

Aceasta metoda este folosita totodata si pentru purificarea lingoului ; se exploateaza in fapt fenomenul de difuzie a impuritatilor intr-un solid,
la temperatura inalta. In acest caz se pot monta pana la trei bobine parcurse de curenti de IF in jurul lingoului. Este un mijloc de obtinere a
lingourilor cu dopaj rezidual slab, necesare in special la fabricarea de componente electronice de putere (realizarea de zone cvasi-intrinseci,
care permit cresterea capabilitatii in tensiune).

In fine, o a treia tehnica poate fi folosita pentru tragerea de lingouri. In cazul componentelor semiconductoare III-V  lingoul se poate realiza
intr-un bac paralelipipedic. Cristalizarea se efectueaza progresiv, pornind de la una din extremitati ; aceasta este metoda numita "Bridgman".

Figura 10 : Tragerea unui lingou prin metoda Brigman. Aceasta tehnica este folosita in special pentru lingouri din compusi III - V, cum ar fi GaAs.
 

d) taierea capetelor lingoului :
 

Operatia consta in eliminarea extremitatilor lingoului, care sunt fie imperfect cristalizate, fie bogate in impuritati (in special daca s-a folosit
tehnica fuziunii zonale).
 
 

e) controlul rezistivitatii la extremitatile lingoului :
 

Datorita variatiei concentratiei de impuritati in timpul tragerii, rezistivitatea finala variaza de-a lungul lingoului. Se impune o verificare a
acestui parametru in raport cu specificatiile tehnologice (gama de variatie). tehnica de masurare folosita este de tipul "cu patru varfuri".
 
 

f) determinarea reperelor cristalografice ale lingoului printr-o metoda de difractie a razelor X si marcarea lingoului
 

Este necesar sa se cunoasca orientarile cristalografice, pentru a putea decupa materialul de-a lungul axelor cristalografice, la sfarsitul
procesului de fabricatie. Dupa reperarea planurilor cristalografice se creeaza o tesitura care va servi ca referinta (va indica axa 100
spre exemplu).
 
 

g) polizajul cilindric :
 

In cursul tragerii diametrul lingoului variaza usor, suprafata fiind ondulata. Pentru a obtine plachete de acelasi diametru este necesara
o polizare cilindrica.
 
 

h) polizarea unei tesituri de referinta cristalografica si geometrica :
 

Acest reper va folosi ca referinta in cursul procedeului de fabricatie (orientarea zonelor de conductie in raport cu axele cristalului, reperarea
motivelor in cursul fotolitografiei, decuparea cipurilor dupa axele cristalografice). De altfel se vor realiza suplimentar si alte repere, in functie
de tipul de dopaj al substratului si de orientarea sa cristalografica. De notat ca la plachetele de 200 mm nu subzista de cat un reper
cristalografic in forma de crestatura; natura substratului este indicata printr inscriptionare (realizata cu laser).
 
 

Decuparea se face cu ajutorul unui ferastrau diamantat avand grosimea de aproximativ 400 µm.
 
 
 
 
 

Luind in considerare si eliminarea capetelor de lingou si polizarea, se elimina in total 50% la  60% din lingou . In practica, plachetele cu diametre
superioare la 150 mm au cel putin 500 µm grosime, pentru reduce fragilitatea mecanica in cursul etapelor tehnologice. Aceasta grosime este
redusa inainte de decuparea cipurilor la 250 - 300 µm (etapa de subtiere), pentru a facilita schimburile termice (si electrice) cu suportul cipului.
 
 

j) tratament termic :
 

Operatia de taiere creeaza tensiuni mecanice in cristal. Se cere relaxarea cristalului printr-o cresterea lenta a temperaturii pana la
600...700°C (recoacere). La aceasta temperatura atomii au sunt suficienta energie proprie pentru a se reaseza in siturile cristaline.

Acest tratament termic prezinta totodata avantajul de a diminua efectul atomilor de oxigen (de tip donor) si de a stabiliza rezistivitatea.
 
 

k) polizarea marginilor (debavurarea)
 

Dupa taiere, pe marginile plachetelor raman bavuri ce se cer eliminate. de altfel se realizeaza in acelasi timp si o rotunjire a muchiilor, pentru a
usura manipularea plachetelor in cursul procesului de fabricatie. Prin aceasta se evita degradarea dispozitivelor de prindere si se suprima
amorsele de fisuri.

.

l) trierea plachetelor in funcyie de grosime :
 

Dupa decupare grosimile plachetelor pot fi sensibil diferite. Pentru reducerea timpului de polizare plachetele se triaza in game de grosime
ce difera prin 100 µm, spre exemplu.
 
 

m) acoperirea plachetelor cu o suspensie de alumina si polizarea :
 

Pentru a ameliora starea suprafetelor, plachetele sunt polizate cu ajutorul unei mixturi continand granule de alumina de dimensiuni micronice.
 
 

n) curatirea :

Aceasta etapa consta in a elimina produsele abrazive si substantele contaminante, prin spalare cu solventi si apa deionizata.
 
 

o) atacul chimic al plachetelor :
 

In cursul diverselor etape precedente se formeaza la suprafata plachetelor un strat de oxid nativ continand impuritati. Acestea sunt sau
metale si pot fi eliminate cu solutii acide, sau substante organice ce pot fi eliminate folosind solutii bazice :

p) deteriorarea fetei inferioare :
 

Partea utila a plachetei (in care se vor creea componentele electronice)  se gaseste foarte aproape de suprafata superioara. Se doreste
realizarea unei calitati maxime a materialului in acesta zona, atat sub aspectul gradului de puritate (atomi straini) cat si al defectelor
cristalografice (macle, dislocari, etc...). In acest scop se creeaza intentionat defecte pe fata inferioara, prin sablaj sau bombardament laser,
ceea ce produce o crestere a rugozitatii si genereaza defecte locale. Aplicand ulterior un tratament termic, impuritatile de pe fata activa a
plachetei  vor migra prin substrat spre fata inferioara si vor fi captate de defectele creeate aici, acestea oferind stari energetice favorabile
fixarii atomilor. Acest fenomen este numit efectul "getter".
 
 

Prin operatia precedenta se modifica grosimile plachetelor. Se face o noua triere in game de grosime.
 
 

r) pregatirea pentru polizarea finala a fetei active :
 

Plachetele se monteaza in aparatul de polizat.
 
 

Se elimina aproximativ 25 µm.
 
 

t) polizajul final "oglinda" :
 

Acest polizaj poate fi mecanic sau mecano-chimic. Se cer eliminate zgarieturile, si micile umflaturi. Operatia se efectueaza cu o masina identica
cu cea din figura13, dar cu discuri abrazive mai putin agresive si folosind o solutie abraziva continand granule foarte mici (cu diametre cuprinse
intre 0,1 mm  si  0,5 mm).
 
 

u) demontare, curatire, triere
 

Aceste ultime operatii sunt :

                    - demontarea plachetelor de pe suporturile de polizare,

                    - curatirea finala,

                    - trierea finala in functie de grosimi.

Formarea loturilor ce urmeaza sa se livreze clientilor se face printr-un triaj in functie de rezistivitate.
 
 
 

w) reperarea - marcarea :
 

Se marchaza lotul, lingoul, data cu ajutorul unui fascicul laser. Aceasta reperare face posibila urmarirea plachetei de-a lungul intregii linii
de fabricatie.
 
 

x) curatarea finala,  in camera alba :
 

Pentru a demara ansamblul etapelor ce formeaza procedeul de fabricatie a circuitelor integrate, plachetele trebuie sa fie perfect curate
(fara grasime, fara particule de praf, etc...). O curatare finala este necesara.
 
 
 

y) inspectia visuala :
 

Omul este  la ora actuala cel mai bun inspector. El poate detecta vizual si in scurt timp variatiile de culoare, zgarieturile, particulele de
praf cu dimensiuni mai mici de un micron. un sistem automat de control cu baleiaj optic al intregii suprafete a plachetei nu ar fi inca suficient
de performant. Sa consideram spre exemplu o suprafata de controlat avand dimensiunile de 10 cm x 10 cm. Suprafata ar trebui baleiata
punct-cu punct, punctul de masura fiind de 0,05 µm  x  0,05 µm. Un astfel de punct necesita cel putin 1 µs pentru a fi analizat (prin analiza
spectrala, spre exemplu). In acest caz timpul total de control pentru suprafata considertata ar fi :

Este un timp enorm si deci nerealist. De fapt ochiul uman este mult mai performant in acest caz pentru ca trateaza informatia in mod paralel,
gratie milioanelor de celule de pe retina !
 
 
 

z) testul de planeitate :
 

Planeitatea este foarte importanta pentru litografie. Exista in prezent masini pentru testarea planeitatii bazate pe masuri optice
(devierea unui fascicul laser).
 
 
 

Dupa parcurgerea ansamblului acestor etape placheta este pregatita pentru a suferi etapele de fabricatie a circuitelor integrate
(sau a componentelor electronice discrete).