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

 

INTRODUCTION

 

A chaque annonce d'un nouveau processeur, nous avons toujours droit √† la photo de cette fascinante galette appel√©e wafer. Dans le royaume des semi-conducteurs, le silicium est roi ! D√©couvert scientifiquement en 1823, le silicium (Si dans le tableau p√©riodique) est fabriqu√© √† partir de sable quartzeux (dioxyde de silicium) qu'il faut bien √©videment purifier pour obtenir le silicium extr√™mement pure requis pour les semi-conducteurs. Toutefois, le silicium sert aussi de base √† l'√©laboration de mat√©riaux de la vie de tout les jours comme le verre, le cristal, ou encore la porcelaine. En chauffant ce sable dans un four √† une temp√©rature proche des 1700¬įC on obtient du silicium ayant un taux de puret√© de l'ordre de 96% √† 99%. Malgr√© tout, les technologies actuelles requi√®rent un silicium si pur qu'il ne doit pas contenir plus d'un atome √©tranger pour 10^12 atomes de silicium ! Pour parvenir √† cette puret√© quasi parfaite, le silicium est dissous dans de l'acide chlorydrique et purifi√© par distillations successives, on obtient alors du trichlorosilane (aussi appel√© Silicochloroforme). Ce trichlorosilane dont le point de fusion se situe autour des 33¬įC seulement est r√©duit √† l'aide d'hydrog√®ne jusqu'a atteindre l'√©tat de silicium liquide qui sera utilis√© pour cr√©er des barres de silicium.

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

  • Les √©tapes 1 & 2 concernent la cr√©ation des supports
  • Les √©tapes 3 √† 12 sont les details de la cr√©ation des composants du wafer
  • Puis, les √©tapes 13 √† 16 d√©taillent les test et inspections des produits obtenus.
  • Enfin, nous verrons en annexe les diff√©rences 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 plong√©e dans un bain de silicium liquide gr√Ęce √† une tige et apr√®s que l'√©quilibre thermique soit atteint la cristallisation commence. On tire lentement la graine vers le haut, on obtient alors une barre de silicium. Dans le m√™me temps, la tige et le contenant du bain sont tourn√©s en sens oppos√©. La croissance cristalline √©tant uniforme dans tous les sens, la tige est parfaitement circulaire. La structure de cette "barre" est monocristalline (c'est √† 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 agglom√©r√©s).

 

 


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 pr√©ciser que l'√©quipement requit pour la cr√©ation des ces r√©ticules est horriblement co√Ľteux, sans parler du fait que plus le nombre de transistors √† "graver" sur ces plaques augmente plus le temps de fabrication augmente ; il est √† noter √©galement que pour chaque √©volution de la finesse de gravure (0,25¬Ķ, 0,13¬Ķ ‚Ķ) le mat√©riel doit √©volu√© ou √™tre remplac√© pour √™tre capable de r√©aliser les nouveaux masques plus petits.

 


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

 

 

Suite ( Epitaxie, Oxydation et Exposition )

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