CIRCUITS INTÉGRÉS
- Article mis en ligne le
- Modifié le
- Écrit par Frédéric PÉTROT et Franck WAJSBÜRT
Procédé de fabrication des circuits CMOS
La conception d'un circuit CMOS consiste à placer, sur un substrat plan de silicium faiblement dopé, des transistors nMOS et pMOS interconnectés par des fils métalliques. Les transistors MOS peuvent être utilisés pour réaliser des fonctions analogiques ou numériques selon qu'ils fonctionnent en mode linéaire ou saturé (cf. transistors et thyristors). Toutefois, ces deux modes de fonctionnement ne modifient pas le principe des procédés de fabrication. Les transistors et les liaisons métalliques sont fabriqués dans les salles blanches par couches successives grâce à des méthodes de photolithographie. Le nombre de couches superposées augmente avec l'amélioration des techniques de gravure.
La durée de fabrication et les rendements dépendent de la complexité de la technologie : il faut plusieurs semaines pour produire un circuit intégré, chaque étape prenant plusieurs heures. Afin d'obtenir le plus grand débit de production possible (nombre de circuits sortant de la chaîne par unité de temps), deux techniques sont mises en œuvre. La première consiste à réaliser un grand nombre de fois le même circuit sur une galette de silicium. La seconde est de profiter du fait que la fabrication d'un circuit est une séquence de quelques dizaines d'opérations (ou étapes) indépendantes : la chaîne de fabrication est organisée comme une chaîne de montage de voitures, c'est-à-dire qu'à tout instant elle contient un circuit en cours de fabrication à chaque étape. Ainsi, le débit de la ligne dépend de la durée de l'opération la plus longue et non du nombre d'opérations. En bout de ligne de production, un test de fabrication permet d'éliminer les circuits défectueux. Les autres sont à nouveau triés en fonction de leur vitesse de fonctionnement (mesurée en nombre d'instructions exécutées par seconde), des différences subtiles de dopage pouvant aller jusqu'à doubler la vitesse du circuit. Le rapport entre le nombre de circuits fonctionnels et le nombre de circuits produits définit le rendement (yield) de la technologie. Celui-ci peut varier de 10 à 90 p. 100. C'est l'un des secrets les mieux gardés des fabricants. Aussi, tous les acteurs cherchent-ils à l'augmenter car les bénéfices d'une ligne de production en dépendent directement.
Le substrat
Le substrat des circuits intégrés CMOS – c'est-à-dire la base sur laquelle ils sont construits – est en silicium. Cet élément est abondant à la surface de la Terre sous forme de sable (silice et silicates). Pour pouvoir être utilisable dans ce secteur de l'industrie, il doit être parfaitement purifié et mis sous forme de galette monocristalline. Cette dernière représente en fait un cristal de silicium homogène ayant une orientation atomique parfaitement définie. Son diamètre actuel varie de 200 à 400 mm et son épaisseur est d'environ 0,5 mm. Ces galettes sont obtenues en découpant des barres de silicium pur, d'une longueur de 30 cm à 1 m. Chaque galette permet de réaliser en parallèle un grand nombre de circuits intégrés, généralement identiques, organisés en matrice.
Avant d'être mis sous forme de barre, le silicium est tout d'abord liquéfié dans un creuset puis purifié jusqu'à atteindre le taux d'une impureté pour 10 milliards d'atomes. Ensuite, tout en le maintenant à la température de 1 425 0C (juste supérieure à son point de fusion qui est de 1 380 0C), on présente à sa surface un morceau de silicium monocristallin. Ce germe, suspendu à une barre tractable, affleure la surface en tournant lentement (un tour par seconde). Les atomes de silicium du creuset vont alors s'accrocher à ce germe et se solidifier en reproduisant parfaitement la structure du cristal. Le germe et le cristal en formation sont alors lentement soulevés[...]
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Écrit par
- Frédéric PÉTROT : docteur en informatique, maître de conférence à l'université Pierre et Marie Curie
- Franck WAJSBÜRT : maître de conférences en informatique au LIP6 (laboratoire d'informatique de l'université Paris-6)
Classification
Pour citer cet article
Frédéric PÉTROT et Franck WAJSBÜRT. CIRCUITS INTÉGRÉS [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009
Médias
Circuits intégrés : transistor CMOS
Encyclopædia Universalis France
Circuits intégrés : silicium de type N et P
Encyclopædia Universalis France
Circuits intégrés : la diode et son comportement électrique
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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PREMIERS BREVETS DE CIRCUITS INTÉGRÉS
- Écrit par Pierre MOUNIER-KUHN
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À partir du milieu des années 1950, les semiconducteurs (diodes et transistors) sont venus progressivement remplacer les tubes électroniques. De plus faible dimension, ils sont très supérieurs en termes de rendement énergétique, de longévité, de fiabilité (problème crucial dans un ordinateur)...
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AUTOMATISATION
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...tout ou rien) et de résistances, puis par des assemblages de jonctions transistors et d'éléments équivalents à des résistances, réalisés en couches minces à l'échelle microscopique, portant le nom de circuits intégrés. Cette technique permet une très grande « densité » des ensembles logiques. -
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À la fin des années 1960, Marcian Hoff (surnommé Ted Hoff), un jeune ingénieur de la société américaine Intel (Integrated Electronics), propose le concept du microcalculateur (le terme microprocesseur apparaissant plus tardivement) pour répondre à une commande de la société japonaise Busicom,...
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ÉLECTRONIQUE INDUSTRIE
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...réalisation, en 1948, des premiers transistors (à pointe et à jonction) par William Bradford Shockley, John Bardeen et Walter H. Brattain, et surtout par la mise au point, en 1958, au sein de la firme Fairchild Semiconductors (par Jean Hoerni), de la technologie « planar » conduisant aux circuits intégrés... -
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