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Production de circuits intégrés |
Pour produire des circuits intégrés, de minces films de divers matériaux sont utilisés pour faire barrière à la diffusion ou à l'implantation d'atomes d'impuretés ou servir d'isolation entre les matériaux conducteurs et le substrat en Silicium. Des trous et des fenêtres sont pratiqués dans ce matériau faisant barrière, là où la pénétration ou le contact des impuretés est désiré.
Les masques contiennent les motifs ajourés, qui sont transférés sur la surface du wafer de Silicium à l'aide du processus de photolithographie. La photolithographie utilise une version très sophistiquée de processus de photogravure. Les schémas sont d'abord transférés du masque sur un matériau sensible à la lumière appelé résine photosensible par l'éclairement ou "exposition" de la résine photosensible. Un procédé de gravure chimique ou plasma est ensuite utilisé pour transférer le motif de la résine photosensible sur le matériau faisant barrière à la surface du wafer. Chaque étape du masque requiert l'exécution réussie de nombreuses étapes de traitement, et le nombre de masques photographiques utilisés lors de la fabrication est souvent à la mesure de la complexité d'un processus de circuits intégrés. |
Etapes |
Les étapes de traitement sont les suivantes :
1. Les wafers sont d'abord "nettoyés" pour supprimer les particules se trouvant sur leur surface, ainsi que les traces d'impuretés organiques, ioniques et métalliques.
2. Après le nettoyage, le wafer de Silicium est "couvert" avec le matériau qui servira de couche de barrière. Il s'agit habituellement de Dioxyde de Silicium (SiO2).
3. Après la formation d'une couche SiO2, la surface du wafer est revêtue d'un matériau sensible à la lumière appelé résine photosensible.
4. Une étape de séchage par cuisson s'ensuit, pour améliorer l'adhérence et supprimer les solvants de la résine photosensible.
5. Après la cuisson, la résine est prête pour l'alignement et l'exposition du masque. |
Alignement de masque |
Un photomasque, une plaque de verre carrée avec un motif d'émulsion ou un film en métal sur un côté, est placé sur le wafer. Note : chaque masque qui suit le premier masque doit être aligné avec précision par rapport au schéma précédent sur le wafer. Avec un équipement d'alignement manuel, le wafer est maintenu sur une fixation d'alignement de masque dans un support de substrat, puis soigneusement mis en place sous le masque à l'aide d'une platine réglable X-Y. Le masque, qui est placé dans un support, est espacé de 25 à 125 mm au-dessus de la surface du wafer lors de l'impression de proximité. Si l'impression par contact sous-vide est utilisée, le masque est mis en contact direct avec le wafer.
Des marques d'alignement ou d'enregistrement sont introduites sur chaque masque et transférées sur le wafer lors du processus de création de circuit imprimé. Les marques servent à enregistrer chaque nouveau niveau de masque au niveau précédent. Pour certains niveaux de masques, une croix sur le masque est placée au-dessus d'une croix sur le wafer. Pour les autres niveaux, un carré sur le masque est placé sur une croix sur le wafer. Le choix dépend du type de résine utilisée. Un microscope à champ séparé est utilisé pour aligner simultanément deux zones du wafer bien séparées. Un microscope à zoom stéréo permet l'alignement d'une marque d'enregistrement à la fois. Il est recommandé d'effectuer la visualisation dans un environnement sans vibration, sur station de travail ou table optique. |
Exposition à une résine photosensible |
Suite à l'alignement, la résine photosensible est exposée à travers le masque à un faisceau haute intensité bien collimaté et uniforme de radiation UV. La résine est exposée là où le Dioxyde de Silicium doit être enlevé. Puis elle est développée à l'aide d'un procédé très similaire à celui utilisé pour le développement de films photographiques ordinaires, à l'aide d'un révélateur fourni par le fabricant de la résine photosensible. La résine exposée à la lumière UV est retirée, ce qui laisse à nu le Dioxyde de Silicium de la zone exposée. La résine est dans ce cas dite "positive". Le masque est une copie du motif qui restera à la surface du wafer. Des accès vers le SiO2 s'ouvrent là où la lumière d'exposition passe à travers le masque. Une résine "négative" reste à la surface à l'endroit de l'exposition et n'est pas retirée lors du nettoyage.
L'exposition et le développement sont suivis par une étape de “cuisson” pour endurcir la résine et améliorer l'adhérence du substrat. La “gravure chimique” en phase liquide ou gazeuse sert à supprimer tout matériau faisant office de barrière non protégé par la résine durcie. Enfin, une fois la gravure dans la couche de SiO2 effectuée, la résine photosensible est supprimée de la surface, laissant apparaître le motif en Dioxyde de Silicium.
Cela est le procedé de transfert du motif d'un masque. Pour chaque masque supplémentaire utilisé, cette série complète d'étapes est répétée. Avec chaque “couche” supplémentaire dans un circuit imprimé complexe, l'alignement des masques par rapport aux schémas précédents devient absolument critique.1 |
| 1 Jaeger, Richard C. Introduction à la fabrication micro-électronique. |