Les Secrets du Wafer
Raphaël S. - //2003-01-08
Sommaire:

 

INTRODUCTION

 

A chaque annonce d'un nouveau processeur, nous avons toujours droit à la photo de cette fascinante galette appelée wafer. Dans le royaume des semi-conducteurs, le silicium est roi ! Découvert scientifiquement en 1823, le silicium (Si dans le tableau périodique) est fabriqué à partir de sable quartzeux (dioxyde de silicium) qu'il faut bien évidement purifier pour obtenir le silicium extrêmement pure requis pour les semi-conducteurs. Toutefois, le silicium sert aussi de base à l'élaboration de matériaux de la vie de tout les jours comme le verre, le cristal, ou encore la porcelaine. En chauffant ce sable dans un four à une température proche des 1700°C on obtient du silicium ayant un taux de pureté de l'ordre de 96% à 99%. Malgré tout, les technologies actuelles requièrent un silicium si pur qu'il ne doit pas contenir plus d'un atome étranger pour 10^12 atomes de silicium ! Pour parvenir à cette pureté quasi parfaite, le silicium est dissous dans de l'acide chlorydrique et purifié par distillations successives, on obtient alors du trichlorosilane (aussi appelé Silicochloroforme). Ce trichlorosilane dont le point de fusion se situe autour des 33°C seulement est réduit à l'aide d'hydrogène jusqu'a atteindre l'état de silicium liquide qui sera utilisé pour créer des barres de silicium.

Ainsi, nous verrons au cours des 16 phases présentes dans cet article, la fabrication intégrale d'un wafer :

  • Les étapes 1 & 2 concernent la création des supports
  • Les étapes 3 à 12 sont les details de la création des composants du wafer
  • Puis, les étapes 13 à 16 détaillent les test et inspections des produits obtenus.
  • Enfin, nous verrons en annexe les différences entre CMOS et SOI

X86-secret ayant pour vocation de vous dévoiler, en détails de préférence, TOUS les secrets des constructeurs, nous allons aujourd’hui vous dévoiler les secrets du wafer ! Suivez le guide...


 

PHASE 1

LA CREATION DU WAFER

 

Le processus initial nécessite une graine cristal de silicium. C'est en fait la forme la plus minuscule d'une structure cristalline qui a toutes les facettes d'un cristal complet. Elle est le plus souvent créée artificiellement par pelletisation (technique d'agglomération à haute température) et mesure entre 1mm et 3mm.



A gauche un echantillon de graines cristal et à droite une vue au microscope de leur structure cristaline.

 

Cette graine est plongée dans un bain de silicium liquide grâce à une tige et après que l'équilibre thermique soit atteint la cristallisation commence. On tire lentement la graine vers le haut, on obtient alors une barre de silicium. Dans le même temps, la tige et le contenant du bain sont tournés en sens opposé. La croissance cristalline étant uniforme dans tous les sens, la tige est parfaitement circulaire. La structure de cette "barre" est monocristalline (c'est à dire qu'il s'agit d'un gros morceau de silicium qui n'est qu'un seul et unique cristal et non pas tout un tas de petits cristaux agglomérés).

 

 


Ce processus de traction peut durer jusqu'à 24 heures et le diamètre du cylindre obtenu sera supérieur au diamètre nécessaire. Il sera par la suite rectifié et découpé en tranches. Ces tranches sont appelées wafer (la traduction étant "gaufrette" …) On pourrait comparer les impératifs de planéité d'un wafer à un pilote d'avion qui devrait impérativement voler à 10m de la surface de l'eau, sur une traversée complète de l'océan Pacifique… Pour la petite histoire le silicium est le 2eme élément le plus abondant sur Terre et le 8eme dans l'univers…

 


Les barres une fois refroidies...

 

 

 

PHASE 2

LA CREATION DES MASQUES

 

Le processus de fabrication d'un semi-conducteur est basé sur l'utilisation d'un procédé photographique complexe pour réaliser le masque de chaque couche. Selon la complexité du circuit intégré, il peut y avoir jusqu'à 24 couches ! Le masque de chaque couche est identique à un négatif photographique, il est obtenu en "taillant" au laser une couche de chrome déposé préalablement sur une plaque de quartz d'une extrême pureté. Chaque couche correspond à un schéma électronique qu'une machine interprète, convertit et reproduit en découpe laser sur la plaque de quartz chromée. Le résultat de cette opération est appelé : réticule


Inutile de préciser que l'équipement requit pour la création des ces réticules est horriblement coûteux, sans parler du fait que plus le nombre de transistors à "graver" sur ces plaques augmente plus le temps de fabrication augmente ; il est à noter également que pour chaque évolution de la finesse de gravure (0,25µ, 0,13µ …) le matériel doit évolué ou être remplacé pour être capable de réaliser les nouveaux masques plus petits.

 


On commence à rentrer dans le domaine du très petit...

 

 

Suite ( Epitaxie, Oxydation et Exposition )
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