Le rôle de la photolithographie dans la fabrication des semi-conducteurs

La photolithographie est la technique pionnière utilisée pour générer des motifs fonctionnels sur divers substrats. La microfabrication de précision s'effectue souvent à des échelles et à des niveaux de débit que les paradigmes d'usinage conventionnels ne peuvent atteindre. Aucun outil mécanique ne peut graver la microélectronique pour des dispositifs complexes tels que les circuits intégrés, les composants optiques et les biocapteurs. La photolithographie, quant à elle, est parfaitement adaptée à cette tâche. 

Aperçu de la fabrication des semi-conducteurs

Les matériaux semi-conducteurs constituent l'épine dorsale de l'électronique moderne. Depuis le milieu des années 1960, les ingénieurs produisent des transistors et des éléments microélectroniques en utilisant le silicium. Le silicium était alors un nouveau matériau aux propriétés conductrices tout à fait uniques, offrant une résistance variable pour permettre un flux de courant optimal. Divers autres semi-conducteurs ont été développés depuis, notamment le nitrure d'aluminium, le germanium et l'oxyde de zinc, mais ils sont tous fabriqués selon le même processus général. 

Un lingot monocristallin est cultivé de manière épitaxique à l'aide de la méthode Czochralski, ou peut-être de la technique de la zone flottante, et les plaquettes sont extraites mécaniquement. Voici un processus général qui peut être suivi pour obtenir un substrat fonctionnel optimisé :

1. Commencez par nettoyer les plaquettes avec des agents chimiques afin d'éviter toute contamination.
2. Utiliser la pulvérisation cathodique, l'électrodéposition ou le dépôt chimique en phase vapeur pour faciliter le dépôt de couches minces sur la plaquette.
3. Les particules sont éliminées par un nettoyage post-dépôt à l'aide de brosses ou d'un Nanospray.
4. La résine est ajoutée à la plaquette, puis elle est filée pour créer une couche uniforme.
5. Un rayonnement ultraviolet est utilisé sur la couche de réserve pour créer un changement structurel.
6. Du révélateur est ajouté à la plaquette pour faire apparaître le film mince.
7. La gravure est réalisée à l'aide de produits chimiques pour dissoudre la couche
8. Pour ajouter des propriétés semi-conductrices au substrat de silicium, des impuretés sont placées dans les plaquettes.
9. La chaleur est utilisée pour activer les ions implantés
10. La résine est ensuite éliminée à l'aide de produits chimiques ou par décapage.
11. La plaquette est assemblée en un produit

Comment la photolithographie est-elle utilisée dans la fabrication des semi-conducteurs ?

L'objectif premier de la lithographie des semi-conducteurs est d'ajouter un motif à la surface d'une plaquette de silicium. Si vous essayez de vous souvenir de cet objectif, pensez aux racines de son nom, "lithos" et "grapha", qui se traduisent par "écrire sur une pierre".

Grâce à un processus de revêtement, d'exposition et de développement, il est possible de graver parfaitement un motif et d'obtenir une meilleure résolution des semi-conducteurs miniatures. Le processus se déroule comme suit :

1.       Le substrat est préparé à l'aide d'un matériau photorésistant afin de créer une couche
2.       Les systèmes d'imagerie et la photolithographie sont utilisés pour aligner un substrat et un masque photographique sous la lumière UV afin de créer un motif unique.
3.       Un motif final est révélé par la post-cuisson et la cuisson dure avant que le matériau photorésistant ne soit dissous.

Si vous souhaitez utiliser la photolithographie à plus petite échelle, vous pouvez recourir à la lithographie par immersion pour créer un produit technologique plus petit. L'eau purifiée, dont l'indice de réfraction est de 1,44, est poussée dans les espaces de la plaquette, devenant ainsi une lentille. À partir de là, il est possible de créer des semi-conducteurs d'une taille inférieure à 40 nanomètres :

Pour créer un motif plus intrinsèque, le multiple patterning peut également être utilisé pour diviser un motif de circuit et créer une densité suffisamment faible pour être imprimée dans le système. Ces deux types de lithographie peuvent être utilisés dans le cadre de la fabrication de semi-conducteurs.

Êtes-vous prêt à utiliser la photolithographie dans la fabrication de semi-conducteurs ?

Photolithographie offre une opportunité fantastique de créer des schémas de circuits incroyablement compliqués sur un semi-conducteur. Non seulement cela les rend plus précis lorsqu'ils sont transférés optiquement, mais le processus de gravure permet un alignement parfait sur la plaquette, même lorsqu'ils sont produits en masse.

À l'heure où les technologies sont de plus en plus avancées et où le besoin de miniaturisation et de modelage multiple pour créer des systèmes avancés se fait de plus en plus sentir, vous devriez envisager d'incorporer la photolithographie dans votre fabrication de semi-conducteurs.

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