Version compacte - La page perso de philippe laporte
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24/10/2013 Elaboration des circuits intégrés - LA TECHNOLOGIE • • • • • • • • • • • • • • • Qu'est-ce qu'une technologie ? Exemple : Technologie MOS Quels sont les objectifs de la technologie ? Les étapes de fabrication d'un circuit intégré Les opérations élémentaires : la photolithographie Les opérations élémentaires : la gravure Les opérations élémentaires : les dépôts Les opérations élémentaires : Traitements thermiques Les opérations élémentaires : le dopage Les contraintes de fabrication d'un circuit intégré Les trois grandes étapes de la fabrication d'un transistor L'ISOLATION LE TRANSISTOR Quelles sont les caractéristiques importantes pour le fonctionnement d'un transistor ? Les interconnexions Qu’est-ce qu’une technologie ? Technologie = Assemblage chronologique De Modules de Base Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Exemple : Technologie MOS Quels sont les objectifs de la technologie ? Disposer, dans un même circuit intégré des TRANSISTORS OBJECTIFS D’UN CIRCUIT INTEGRE • Utilisation maximale de la surface de silicium • Réalisation de circuits de plus en plus complexes (Microprocesseurs, ASIC, logique+mémoire,…) Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés 1 24/10/2013 Les opérations élémentaires La lithographie But : La photolithographie est le processus de transfert de formes géométrique d’un masque sur une fine couche de matériaux photosensibles (résines photorésistantes) qui recouvrent un wafer de semi-conducteur. Dopage Dépôt Traitements thermiques Ces formes définissent les différentes régions d’un circuit intégré tels que : • Les zones de dopage • les connections métalliques • les points de contacts. Les paramètres influents : • La résine photosensible • La technique d’insolation Gravure Lithographie Les paramètres critiques : • La résolution • L’alignement Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés La lithographie : Principes La lithographie : Aligneurs vs Photorépétition Résine positive vs négative La problématique de l’alignement Résine positive vs négative Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Machine ‘alignement Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés 2 24/10/2013 Lithographie : insolation par eBeam Technique d’écriture directe sur tranche Avantages : • Résolution ultime (4-6nm) • Pas de masque • Spécialisation des dessins pour chaque puce Inconvénients : • Durée du processus La gravure But : Retirer de la matière en surface de plaquette • Gravure de motifs – Par chimie humide – Par chimie gazeuse – Par action mécanique • Nettoyage • Polissage mécanochimique Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés La gravure de motifs La gravure par plasma Principe : Former un composé volatil entre un réactif et la couche à graver • But : Transférer un motif de résine dans une couche en surface de la plaquette Paramètres critiques : • • Exemple : Si + 4F SiF4 Réaction spontanée à la surface de la plaquette L’anisotropie est obtenue par passivation des parois La sélectivité – au masque; à la couche inférieure L’anisotropie – la capacité à respecter les dimensions du motif à transférer Exemple : SiO2 + CFx SiF4 + CO2 Réaction assistée à la surface de la plaquette La sélectivité est obtenue par passivation du fond de gravure Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés 3 24/10/2013 Opération élémentaire : Le dépôt Les techniques de dépôt CVD But : Créer une couche mince* à la surface du substrat par apport de matière. LPCVD Phase gazeuse PECVD ALCVD Processus chimiques MBE (Molecular Beam Epitaxy) Phase humide Surface d’origine conservée Si Si Électrolyse Méthodes génériques pour déposer une couche mince Faisceau d’électrons Processus thermiques Évaporation laser Évaporation thermique Processus physiques Processus mécaniques Pulvérisation cathodique DC * Couche mince : épaisseur de 0,2nm à quelques µm RF Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Les traitements thermiques Traitement thermique : Oxydation But : Transformer la surface de silicium en oxyde de silicium (SiO2) • Dopage par diffusion • Activation des dopants • Transformation des couches Paramètres influents : • L’orientation cristalline <100>, <111> • La température (900-1200°C) • La composition de l’atmosphère oxydante Surface d’origine Si Si ATTENTION !! : mécanisme NON ADDITIF Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés 4 24/10/2013 Dopage But : Introduire des atomes « dopants » dans le substrats de silicium • Par diffusion (traitement thermique) • Par implantation ionique Dopage : Implantation ionique But : Introduire des atomes « dopants » dans le substrats de silicium Paramètres influant : • L’atome dopant – type N (As,P) – type P (B, BF2) • L’énergie d’accélération (eV) • La dose (flux) – at/cm² Simulateur : http://www.srim.org/ Source illustration : http://fr.wikipedia.org/wiki/Dopage_(semi-conducteur) Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Les contraintes de fabrication d’un circuit intégré Les trois grandes étapes de fabrication d’un transistor • Réaliser les transistors sur un même substrat L’ISOLATION Permet d’isoler électriquement le transistor des autres éléments électrique du circuit intégré Le TRANSISTOR Constitue l’élément « actif » électriquement Les INTERCONNEXIONS Relient les transistors entre-eux selon le schéma défini par le concepteur pour réaliser une fonction donnée •Limiter les interactions entre les transistors •Connecter les transistors entre eux. Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés 5 24/10/2013 L’ISOLATION Le TRANSISTOR Il faut limiter les risques d’interactions parasites 2 solutions GRILLE • Eloigner les transistors les uns des autres N SOURCE • Intercaler une zone isolante entre transistors : LOCOS (LOCal Oxidation of Silicon) N+ - - - - - - - - DRAIN N+ - - - - - - - Si P Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Quelles sont les caractéristiques importantes pour le fonctionnement d’un transistor ? Les INTERCONNEXIONS REALISER LA CONNEXION DES TRANSISTORS ENTE EUX ET AVEC LES AUTRES ELEMENTS Ids Dépôt d’une couche d’isolant sur le transistor (verre = isolation + protection) Régime de saturation Réalisation d’une couche conductrice (interconnexion) Régime ohmique ou résistif Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés Vds Ph. Laporte Élaboration des circuits intégrés 6
