24/10/2013. Qu est-ce qu une technologie? Quels sont les objectifs de la technologie? Exemple : Technologie MOS

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Alain Godin
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Elaboration des LA TECHNOLOGIE Qu estce qu une technologie? Qu'estce qu'une technologie?

Les étapes de fabrication d'un circuit intégré Les opérations élémentaires : la photolithographie Les opérations élémentaires :

élémentaires : le dopage Les contraintes de fabrication d'un circuit intégré Les trois grandes étapes de la fabrication d'un

Les interconnexions Technologie = Assemblage chronologique De Modules de Base Disposer, dans un même circuit intégré des

1 Elaboration des LA TECHNOLOGIE Qu estce qu une technologie? Qu'estce 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 Technologie = Assemblage chronologique De Modules de Base 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, ) 1

Les opérations élémentaires La lithographie

Gravure But : La photolithographie est le

un masque sur une fine couche de matériaux

un circuit intégré tels que : Les zones de

photosensible La technique d insolation Les

alignement La lithographie : Principes La

2 Les opérations élémentaires La lithographie Traitements thermiques Lithographie Dopage Dépôt Gravure 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 semiconducteur. 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 La lithographie : Principes La lithographie : Aligneurs vs Photorépétition Résine positive vs négative La problématique Résine positive de l alignement vs négative Machine alignement 2

Lithographie : insolation par ebeam La gravure Technique d écriture directe sur tranche Avantages : Résolution ultime (46nm) Pas de masque Spécialisation des

gazeuse Par action mécanique Nettoyage Polissage mécanochimique La gravure de motifs La gravure par plasma Principe : Former un composé volatil entre un réactif et

inférieure L anisotropie la capacité à respecter les dimensions du motif à transférer Exemple : + 4F F4 Réaction spontanée à la surface de la plaquette L

3 Lithographie : insolation par ebeam La gravure Technique d écriture directe sur tranche Avantages : Résolution ultime (46nm) Pas de masque Spécialisation des dessins pour chaque puce Inconvénients : Durée du processus But : Retirer de la matière en surface de plaquette Gravure de motifs Par chimie humide Par chimie gazeuse Par action mécanique Nettoyage Polissage mécanochimique 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 : La sélectivité au masque; à la couche inférieure L anisotropie la capacité à respecter les dimensions du motif à transférer Exemple : + 4F F4 Réaction spontanée à la surface de la plaquette L anisotropie est obtenue par passivation des parois Exemple : O2 + CFx F4 + CO2 Réaction assistée à la surface de la plaquette La sélectivité est obtenue par passivation du fond de gravure 3

4 Opération élémentaire : Le dépôt Les techniques de dépôt CVD But : Créer une couche mince* à la surface du substrat par apport de matière. Phase gazeuse LPCVD PECVD Processus chimiques Phase humide ALCVD MBE (Molecular Beam Epitaxy) Surface d origine conservée Méthodes génériques pour déposer une couche mince Processus thermiques Électrolyse Faisceau d électrons Évaporation laser * Couche mince : épaisseur de 0,2nm à quelques µm Processus physiques Processus mécaniques Pulvérisation cathodique Évaporation thermique DC RF Les traitements thermiques Traitement thermique : Oxydation But : Transformer la surface de silicium en oxyde de silicium (O2) Dopage par diffusion Activation des dopants Transformation des couches Paramètres influents : L orientation cristalline <100>, <111> La température ( C) La composition de l atmosphère oxydante Surface d origine ATTENTION!! : mécanisme NON ADDITIF 4

Dopage Dopage : Implantation ionique But : Introduire des atomes «dopants» dans le substrats de

«dopants» dans le substrats de silicium Paramètres influant : L atome dopant type N (As,P) type P

org/ Source illustration : http://fr.wikipedia.

grandes étapes de fabrication d un transistor Réaliser les transistors sur un même substrat L

intégré Limiter les interactions entre les transistors Le TRANSISTOR Constitue l élément «actif»

5 Dopage Dopage : Implantation ionique But : Introduire des atomes «dopants» dans le substrats de silicium Par diffusion (traitement thermique) Par 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 mulateur : Source illustration : 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 Limiter les interactions entre les transistors Le TRANSISTOR Constitue l élément «actif» électriquement Connecter les transistors entre eux. Les INTERCONNEXIONS Relient les transistors entreeux selon le schéma défini par le concepteur pour réaliser une fonction donnée 5

L ISOLATION Le TRANSISTOR Il faut limiter les risques d interactions parasites 2 solutions Eloigner les transistors les uns des autres SOURCE GRILLE N DRAIN Intercaler une zone isolante entre

6 L ISOLATION Le TRANSISTOR Il faut limiter les risques d interactions parasites 2 solutions Eloigner les transistors les uns des autres SOURCE GRILLE N DRAIN Intercaler une zone isolante entre transistors : LOCOS (LOCal Oxidation of licon) N+ N+ P 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 Régime de saturation Dépôt d une couche d isolant sur le transistor (verre = isolation + protection) Réalisation d une couche conductrice (interconnexion) Régime ohmique ou résistif Vds 6

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