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24/10/2013
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Elaboration des circuits intégrés
- LA TECHNOLOGIE -
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
•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 ?
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Technologie
=
Assemblage
chronologique
De Modules de Base
Exemple : Technologie MOS
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Quels sont les objectifs de la technologie ?
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
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,…)

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Les opérations élémentaires
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Traitements
thermiques
Dopage
Dépôt
Gravure
Lithographie
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.
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
Les paramètres critiques :
• La résolution
• L’alignement
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
La lithographie : Principes
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Résine positive vs négative Résine positive vs négative
La problématique de l’alignement
La lithographie : Aligneurs vs Photorépétition
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circuits intégrés
Machine ‘alignement

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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
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circuits intégrés
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
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circuits intégrés
La gravure de motifs
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
• But : Transférer un motif de résine dans une
couche en surface de la plaquette
Paramètres critiques :
• La sélectivité – au masque; à la couche inférieure
• L’anisotropie – la capacité à respecter les dimensions
du motif à transférer
La gravure par plasma
Principe : Former un composé volatil entre un réactif et la couche à graver
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circuits intégrés
Exemple : Si + 4F SiF4
Réaction spontanée à la surface de la plaquette
Exemple : SiO2 + CFx SiF4 + CO2
Réaction assistée à la surface de la plaquette
La sélectivité est obtenue par passivation du fond de gravure
L’anisotropie est obtenue par passivation des parois

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Opération élémentaire : Le dépôt
But : Créer une couche mince* à la surface
du substrat par apport de matière.
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circuits intégrés
* Couche mince : épaisseur de 0,2nm à quelques µm
Si Si
Surface d’origine conservée
Les techniques de dépôt
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Méthodes
génériques
pour déposer
une couche
mince
Processus
chimiques
Phase gazeuse
CVD
LPCVD
PECVD
ALCVD
MBE (Molecular Beam
Epitaxy)
Phase humide
Électrolyse
Processus
physiques
Processus thermiques
Faisceau d’électrons
Évaporation laser
Évaporation thermique
Processus mécaniques
Pulvérisation cathodique DC
RF
Les traitements thermiques
• Dopage par diffusion
• Activation des dopants
• Transformation des
couches
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circuits intégrés
Traitement thermique : Oxydation
But : Transformer la surface de silicium en oxyde de silicium (SiO2)
Paramètres influents :
• L’orientation cristalline <100>, <111>
• La température (900-1200°C)
• La composition de l’atmosphère oxydante
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Si Si
Surface d’origine
ATTENTION !! : mécanisme NON ADDITIF

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Dopage
But : Introduire des atomes « dopants » dans le substrats de silicium
• Par diffusion (traitement thermique)
• Par implantation ionique
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
Source illustration : http://fr.wikipedia.org/wiki/Dopage_(semi-conducteur)
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
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circuits intégrés
Simulateur : http://www.srim.org/
Les contraintes de fabrication d’un circuit intégré
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
• Réaliser les transistors
sur un même substrat
•Limiter les interactions entre les transistors
•Connecter les transistors entre eux.
Les trois grandes étapes de fabrication d’un transistor
Ph. Laporte Élaboration des
circuits intégrés
L’ISOLATION
Le TRANSISTOR
Les INTERCONNEXIONS
Permet d’isoler électriquement le transistor
des autres éléments électrique du circuit
intégré
Constitue l’élément « actif » électriquement
Relient les transistors entre-eux selon le
schéma défini par le concepteur pour réaliser
une fonction donnée