MICROÉLECTRONIQUE

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

La fabrication des circuits intégrés

Ces quatre facteurs, qui ont permis l'essor de la microélectronique, se sont développés grâce à l'utilisation de méthodes de production hautement parallélisées (s'apparentant beaucoup à l'imprimerie) et dont la reproductibilité fait l'objet d'efforts incessants. L'idée est de fabriquer en une seule opération technologique tous les éléments de même nature sur la puce, en fait sur toute une plaquette de silicium (disque de diamètre normalisé de 8 ou 12 pouces, soit 20 ou 30 cm, qui sera découpé ultérieurement en plus de 100 puces), voire pour certaines opérations, sur un ensemble de plaquettes (jusqu'à 25). Le report des motifs géométriques représentant les différents éléments des circuits intégrés se fait par une méthode lithographique où l'image désirée, préalablement dessinée sur un masque par des parties opaques et transparentes, est projetée par illumination sur un matériau photosensible déposé sur la plaquette de silicium (fig. 4). L'attaque chimique du matériau photosensible exposé permet ensuite le transfert du motif sur le matériau situé sous la résine photosensible. C'est ainsi que sont réalisés les réseaux de fils conducteurs d'interconnexion entre les différents éléments d'un circuit intégré, en découpant un film métallique préalablement déposé. Bien sûr, cette description est très simplifiée : il faut prévoir l'isolation électrique entre les fils métalliques et les composants semiconducteurs, qui est effectuée en déposant des matériaux isolants (souvent de l'oxyde de silicium ou silice, SiO2) entre le semiconducteur et le film métallique à découper. Mais, cela ne suffit pas car il se produirait des croisements entre les fils. Des couches successives d'isolants et de conducteurs métalliques sont alors déposées de manière à ce que les différentes interconnexions métalliques nécessaires à la fonctionnalité ne se court-circuitent pas (fig. 5).

Microélectronique : méthode de fabrication des composants

Dessin : Microélectronique : méthode de fabrication des composants

Principe de fabrication des différents éléments d'un circuit intégré. Que ce soit un transistor (a), une résistance (b) ou un condensateur (c), ces composants sont constitués de silicium dopé (impuretés « donneuses » d'électrons ou silicium dopé n ; impuretés « acceptrices »... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Circuit intégré : interconnexions métalliques

Dessin : Circuit intégré : interconnexions métalliques

Schéma des interconnexions métalliques d'un circuit intégré vers 2005. Établies sur onze niveaux de fils conducteurs à partir de 2005, celles-ci doivent permettre d'obtenir une fonctionnalité maximale. Ces liaisons sont hiérarchisées : au fur et à mesure qu'elles sont distantes du... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

L'incorporation contrôlée, dans la plaquette de silicium, de quantités minimes d'impuretés chimiques est essentielle pour le bon fonctionnement du transistor. Elle a pour but de créer les barrières de potentiel qui empêchent le libre mouvement des électrons dans le canal conducteur (fig. 1b et 1c). Cette opération, appelée dopage, a longtemps été effectuée en plaçant les plaquettes de silicium, portées à haute température, dans une atmosphère gazeuse contenant les atomes d'impuretés à incorporer dans le cristal. Grâce à l'agitation thermique, ceux-ci diffusent alors à l'intérieur du cristal de silicium, dans des régions définies par un « masque » en silice empêchant les impuretés d'atteindre la surface du semiconducteur (fig. 4). Pour obtenir une meilleure résolution spatiale dans les opérations de dopage critiques, des accélérateurs de particules, appelés implanteurs ioniques, permettent de bombarder localement des ions d'impuretés sur les zones à doper (définies, là encore, par des masques).

Parmi les autres étapes de fabrication des circuits intégrés, il faut mentionner le dépôt des différentes couches de matériaux, la gravure des motifs par attaques chimiques sélectives. Toutes ces opérations sont d'une grande précision et s'effectuent, dans de nombreux cas, à l'échelle de l'atome.

Deux chiffres donnent une idée du « parallélisme » de fabrication obtenu : si l'on effectue, grâce à un dépôt de film métallique, les trois contacts conducteurs aux trois électrodes des transistors (soit environ neuf soudures) d'un ensemble de 25 plaquettes portant chacune 100 puces de 256 mégabits (chaque puce comprenant environ 300 millions de transistors), on fabrique en une seule fois quelque 6 750 milliards de soudures (9 × 100 × 25 × 300 millions). Ce film conducteur, déposé sur chaque plaquette de silicium, est ensuite découpé pour obtenir les milliards de fils conducteurs par plaquette entre les composants permettant la fonctionnalité de l'ensemble. On imagine bien la « forêt » que représenteraient tous ces fils s'ils étaient soudés un à un par des techniques conventionnelles, ainsi que les risques de défaut.

Le succès de l'aventure que représente la fabrication simultanée de telles quantités de composants repose sur le fait que tous les éléments sont élaborés dans des conditions physico-chimiques parfaitement définies et reproductibles. Les propriétés de surface des matériaux sont contrôlées, les dépôts de matière se font avec une précision le plus souvent de l'ordre de la couche atomique, les structures sont analysées en détails, à l'atome près. L'ensemble des opérations de fabrication est d'une grande complexité : il y a typiquement 25 masques différents pour réaliser les motifs nécessaires, ce qui correspond à environ 800 opérations technologiques élémentaires. Afin d'éviter les défauts liés à un environnement mal contrôlé, en particulier l'impact des poussières sur les motifs définis en lithographie (fig. 6), les différentes étapes de fabrication sont effectuées en salles blanches ou l'environnement et la propreté sont normalisées et maîtrisées. Les salles blanches les plus récentes sont de « classes » 1 ou 0,1, c'est-à-dire qu'elles contiennent, respectivement, moins d'une poussière ou d'un dixième de poussière par pied cube (soit, respectivement, 30 ou 3 poussières par mètre cube, au maximum).

Lithographie optique

Diaporama : Lithographie optique

Étapes du procédé de lithographie optique. On irradie par de la lumière une résine photosensible aux endroits désirés en faisant l'image d'un support transparent, sauf aux endroits que l'on désire masquer à la lumière. On utilise ensuite des produits chimiques différents qui... 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

Afficher

Salle blanche

Photographie : Salle blanche

Dans l'industrie informatique, les disques durs sont réalisés en salle blanche afin de protéger les composants électroniques des contaminations par l'atmosphère. 

Crédits : Mitch Kezar, Getty Images

Afficher

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 21 pages

Médias de l’article

Microélectronique : transistor à effet de champ.

Microélectronique : transistor à effet de champ.
Crédits : Encyclopædia Universalis France

dessin

Microélectronique : connectique

Microélectronique : connectique
Crédits : IBM

photographie

Microprocesseur : le Pentium. 4

Microprocesseur : le Pentium. 4
Crédits : Intel .

photographie

Microprocesseur

Microprocesseur
Crédits : Pedrosala/ Shutterstock

photographie

Afficher les 23 médias de l'article


Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite au C.N.R.S., École polytechnique, Palaiseau, professeur au Materials Department de l'université de Californie à Santa Barbara

Classification

Autres références

«  MICROÉLECTRONIQUE  » est également traité dans :

AUTOMATISATION

  • Écrit par 
  • Jean VAN DEN BROEK D'OBRENAN
  •  • 11 887 mots
  •  • 12 médias

Dans le chapitre « Information et variables d'état »  : […] Avant de classifier les composants des systèmes automatiques, il y a lieu d'examiner de quelle façon les grandeurs et les événements intervenant dans l'automatisation sont traduits en grandeurs de substitution que le système puisse traiter. L'information concernant soit la commande du système, soit les variables d'état, peut revêtir deux formes, numérique ou analogique. – Dans la forme numérique , […] Lire la suite

CIRCUITS INTÉGRÉS

  • Écrit par 
  • Frédéric PÉTROT, 
  • Franck WAJSBÜRT
  •  • 8 976 mots
  •  • 20 médias

Les circuits intégrés monolithiques (encore appelés puces, traduction de l'anglais chips ) constituent l'approche la plus sophistiquée de la microélectronique. Leur origine technologique remonte à 1958, et leur importance économique et industrielle est devenue considérable. La miniaturisation de plus en plus poussée a permis d'augmenter la densité d'intégration qui se définit comme le rapport du […] Lire la suite

COMMERCIALISATION DU PREMIER MICROPROCESSEUR

  • Écrit par 
  • Joseph BOREL, 
  • Bruno JACOMY
  •  • 465 mots
  •  • 1 média

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, spécialisée dans la fabrication de calculatrices programmables. Ce circuit monolithique comprend une uni […] Lire la suite

IMAGERIE TÉRAHERTZ

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 424 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre « L’émission térahertz, un développement récent »  : […] On définit la gamme térahertz (ou THz) des ondes électromagnétiques par les fréquences situées entre 100 gigahertz (10 11  Hz) et 10 térahertz (10 THz = 10 13  Hz, rappelons que la lumière visible a une fréquence de l’ordre de 500 THz), c’est-à-dire les longueurs d’onde comprises entre 30 micromètres et 3 millimètres. Ce domaine électromagnétique est intermédiaire entre l’infrarouge – très employ […] Lire la suite

KILBY JACK ST. CLAIR (1923-2005)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 344 mots

Physicien américain, Prix Nobel de physique en 2000 pour ses contributions aux technologies de l'information et de la communication. Né le 8 novembre 1923 à Jefferson City dans le Missouri (États-Unis), Jack St. Clair Kilby a fait ses études à l'université d'Illinois et à celle du Wisconsin où il a obtenu sa maîtrise en génie électrique en 1950. Après avoir travaillé pour l'entreprise d'électroni […] Lire la suite

MÉMOIRES NUMÉRIQUES

  • Écrit par 
  • François PÊCHEUX
  •  • 7 445 mots
  •  • 10 médias

Dans le chapitre « Histoire des mémoires »  : […] L' histoire des mémoires numériques a toujours été animée par la poursuite de trois objectifs contradictoires : une capacité toujours plus grande dans un volume toujours plus petit, un temps d'accès toujours plus court, et un coût de production et d'utilisation toujours plus faible. Pour atteindre ces objectifs, l'inventivité des ingénieurs a favorisé le développement de technologies variées fondé […] Lire la suite

MICROSYSTÈMES, technologie

  • Écrit par 
  • Daniel HAUDEN
  •  • 3 754 mots
  •  • 11 médias

Dans le chapitre « Augmentation du couple mécanique et de la puissance dans les micromécanismes »  : […] L'augmentation du couple et de la puissance mécanique est obtenue soit par l'accroissement de la force électrostatique, soit par l'usage de matériaux d'actionnement provoquant une force mécanique importante ou une déformation de grande amplitude. Le couple et la puissance mécanique, donc la force électrostatique, sont proportionnels à la surface active des électrodes. Cette surface peut être accru […] Lire la suite

MOORE LOI DE

  • Écrit par 
  • Christophe LÉCUYER
  •  • 1 041 mots
  •  • 1 média

La loi de Moore est un ensemble de conjectures et d’énoncés sur la complexité des circuits intégrés, qui a été formulé par Gordon Earle Moore, chimiste et entrepreneur américain. Moore est aussi connu pour avoir cofondé deux sociétés de semi-conducteurs dans la Silicon Valley : Fairchild Semiconductor et Intel (aujourd’hui le grand fabricant de microprocesseurs). Les conjectures de Moore ont guid […] Lire la suite

NANOTECHNOLOGIES

  • Écrit par 
  • Claude WEISBUCH
  •  • 6 262 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « La miniaturisation du microprocesseur »  : […] Un microprocesseur, cœur de l'ordinateur, est constitué d'un ensemble de circuits électroniques comprenant des transistors, des résistances et des condensateurs. Tous ces éléments sont fabriqués sur un support en matériau semiconducteur, la puce de silicium (ayant typiquement un centimètre de côté), et constituent un circuit « intégré ». Grâce à une miniaturisation incessante (une nouvelle générat […] Lire la suite

PHOTOGRAPHIE - Procédés de prise de vue numérique

  • Écrit par 
  • André CHABANETTE
  •  • 6 044 mots
  •  • 19 médias

Dans le chapitre « Deux types de capteurs »  : […] Les appareils photographiques numériques sont généralement équipés de capteurs matriciels CCD ( charge coupled device ) ou CMOS ( complementary metal oxide semiconductor ). Ces dispositifs saisissent l'image au travers de l'objectif sous forme de photons qui remplissent plus ou moins le puits de chaque photosite (cellule unitaire d'un capteur) suivant la quantité de lumière émise ou réfléchie par […] Lire la suite

Voir aussi

Les derniers événements

17-23 avril 1985 C.E.E. Proposition par la France du projet Eurêka pour le développement de la technologie en Europe

microélectronique, etc., et d'envisager une réponse européenne commune à la proposition américaine de participation aux recherches sur l'I.D.S. Les 22 et 23, la réunion, à Bonn, des ministres des Affaires étrangères et de la Défense de l'Union de l'Europe occidentale (U.E.O.) fournit l'occasion à la diplomatie française de mieux préciser sa proposition […] Lire la suite

Pour citer l’article

Claude WEISBUCH, « MICROÉLECTRONIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/microelectronique/