Dans l'article précédent, nous avons présenté le processus de photolithographie, qui utilise un photomasque pour projeter les motifs de circuit conçus sur la surface de la tranche recouverte de résine photosensible. L'étape suivante consiste à effectuer le processus de gravure sur la plaquette pour éliminer les matériaux indésirables et conserver uniquement le motif souhaité.

La gravure : une forme d’art à part entière

Lorsque vous suiviez des cours d'art, vous avez peut-être créé des « estampes », un type d'œuvre d'art créée en dessinant des formes sur la surface du bois, du métal ou de la pierre, puis en appliquant de l'encre ou de la peinture et en la pressant sur du papier ou du tissu. Le processus de gravure des semi-conducteurs partage des principes similaires avec cette technique de gravure.

En gravure, un matériau anticorrosion est appliqué sur une plaque de métal et le motif souhaité est gravé dans la plaque à l'aide d'outils tranchants. La plaque est ensuite immergée dans des matériaux corrosifs tels que l'acide nitrique, et le degré de corrosion est contrôlé pour former le motif souhaité.

De même, dans la fabrication de semi-conducteurs, le processus de gravure utilise des agents de gravure liquides ou gazeux pour éliminer sélectivement les matériaux indésirables jusqu'à ce que les motifs de circuit souhaités soient laissés à la surface de la tranche. Le matériau dans les zones sans photorésist est éliminé par l'agent de gravure pour former les motifs de circuit sur la tranche. Une fois le processus de gravure terminé, la résine photosensible est retirée. Ces étapes doivent être répétées plusieurs fois sur différents calques.

La gravure sèche, utilisée dans le processus de gravure, peut être classée en deux types : gravure sèche et gravure humide, en fonction des matériaux utilisés. La gravure sèche élimine sélectivement les matériaux indésirables à l'aide de gaz et d'ions réactifs, tandis que la gravure humide utilise des solutions chimiques.

Comparée à la gravure humide, la gravure sèche entraîne des coûts plus élevés et est plus complexe. Cependant, avec les progrès de la technologie des semi-conducteurs à l’échelle nanométrique, les circuits deviennent de plus en plus complexes. Par conséquent, la gravure sèche est plus largement appliquée et a un rendement plus élevé (en termes de pourcentage de produits finis).

La gravure sèche, également connue sous le nom de gravure au plasma, est utilisée pour éliminer les matériaux de substrat inutiles.
Le plasma est généré en injectant du gaz dans une chambre à vide à une pression inférieure à la pression atmosphérique, puis en fournissant de l'énergie électrique. Le plasma est un état de la matière (semblable aux solides, aux liquides et aux gaz) composé d'un grand nombre d'électrons libres, d'ions et de particules neutres ou de gaz ionisés. Lorsqu’une substance est ionisée, cela signifie que des neutrons ou des molécules ont changé leur état de charge en perdant ou en gagnant des électrons.

Lorsqu'un champ magnétique suffisamment puissant généré par l'énergie électrique est appliqué à un gaz, provoquant la collision et l'ionisation des molécules de gaz, un plasma se forme. En d’autres termes, les électrons libres sont accélérés par le champ magnétique et les électrons de haute énergie qui en résultent entrent en collision avec des neutrons ou des molécules, les ionisant.

Cette cascade d’ionisation, connue sous le nom d’effet d’avalanche, entraîne une augmentation exponentielle du nombre d’ions. C'est ce que nous appelons « l'état plasma ». Les atomes de radicaux libres se dissocient de cet état de plasma et s'évaporent de la surface de la plaquette, éliminant ainsi le matériau de surface qui n'était auparavant pas protégé par le revêtement de résine photosensible.

Il y a plusieurs points à noter dans le processus de gravure sèche.

Premièrement, l’uniformité. L'uniformité indique la cohérence du taux de gravure sur toute la surface de la tranche. Si le taux de gravure est incohérent dans différentes zones de la tranche, la profondeur de gravure variera, ce qui pourrait entraîner des pannes de puce.

Deuxièmement, le taux de gravure. Il s’agit de la quantité de matériau de surface enlevée en un temps donné. La vitesse de gravure peut varier en fonction du nombre d'atomes et d'ions réactifs, ainsi que de l'énergie transportée par les ions qui provoquent les réactions de surface. En d’autres termes, nous devons contrôler strictement ces facteurs pour améliorer le rendement global.

De plus, la sélectivité (le rapport entre la vitesse de gravure du matériau cible et la vitesse de gravure d'autres matériaux) et le profil de gravure sont également considérés comme des facteurs importants dans la gravure sèche.

Vous comprenez désormais mieux le processus de gravure permettant de construire des modèles de circuits semi-conducteurs. Les semi-conducteurs sont l'exemple même de la technologie des circuits intégrés, fabriqués par le dépôt répété des matériaux souhaités sur un substrat de silicium, l'application de couches protectrices et la gravure sélective des pièces inutiles. L'ensemble du processus est effectué dans des instruments conçus dans un souci de sécurité.

Dans le prochain article, nous présenterons les processus de dépôt et d’implantation ionique, qui confèrent des propriétés électriques aux plaquettes grâce à ces techniques.