Fabrication de semi-conducteurs en amont

La manipulation précise des wafers pour créer des puces de silicium

La fabrication en amont (FeM) est une étape cruciale dans le processus de fabrication des semi-conducteurs. Cette phase, souvent appelée fabrication de plaquettes, implique la manipulation précise et complexe des plaquettes pour créer des puces de silicium prêtes à la production. Étant donné que les circuits intégrés (CI) sont mesurés en nanomètres, souvent trop petits pour être vus à l’œil nu, la FeM exige une précision, une exactitude et une uniformité exceptionnelles. Le processus implique des procédures de haute qualité, des produits chimiques et des équipements spécialisés pour obtenir des tolérances incroyablement serrées.

1. Polissage des plaquettes

Le rodage et le polissage chimico-mécanique (CMP) sont des étapes essentielles pour créer une surface de plaquette uniformément plane. Après CMP, la plaquette obtient une finition miroir.

Pour obtenir les propriétés mécaniques parfaites de la boue utilisée pour le polissage, les entreprises peuvent utiliser des équipements de pesage et de dosage sans contact pour effectuer le dosage. Un pesage précis des composants individuels de la boue de polissage est essentiel pour éviter d’endommager les plaquettes et les équipements de traitement des plaquettes. Les platesformes de pesage de haute précision de METTLER TOLEDO permettent de peser jusqu’à 300 kg, avec une résolution allant jusqu’à 750 000 d. Le calibrage interne automatique des plateformes garantit une qualité de lot constante. Pour les applications de pesage de réservoirs jusqu’à 5000 kg, les modules de pesage PowerMount™ avec un indicateur d’automatisation compact IND360 sont idéaux. Ils offrent la grande précision, la fiabilité et la surveillance de l’état en temps réel généralement requises pour ces processus.

Ces solutions peuvent également être facilement intégrées à votre système, ce qui réduit les temps d’arrêt et simplifie votre travail pendant le processus d’intégration.

Au cours du processus de polissage, il est essentiel de surveiller le pourcentage de solides dispersés dans le mélange de boue à différentes étapes pour assurer un degré de polissage optimal. Un dessiccateur peut facilement y parvenir à grande vitesse.

La surveillance des niveaux de pH et de conductivité de la suspension CMP est cruciale pour maintenir une suspension colloïdale stable et garantir la qualité et la cohérence de la surface de la plaquette. Tout léger changement de pH a un impact sur la réactivité chimique de la boue et le taux d’enlèvement de matière, tandis que la conductivité aide à surveiller les interactions électriques entre la plaquette et la boue. Pour relever ce défi, METTLER TOLEDO propose plusieurs sondes de pH et de conductivité en ligne et hors ligne.

2. L’épitaxie

Une plaquette polie seule n’est pas idéale pour les circuits intégrés, car elle ne dispose pas de l’oxydant requis et d’une surface appropriée pour la gravure. La phase de croissance épitaxiale dépose une fine couche de silicium sans défaut, préparant la plaquette pour un traitement ultérieur.

Compactes, fiables, robustes et certifiées IP, les balances de table et les plateforme au sol de METTLER TOLEDO permettent de surveiller en continu les gaz dans les armoires ou les bouteilles de type Y pendant une période donnée.

3. Oxydation

L’oxydation thermique développe une couche de dioxyde de silicium sur la plaquette, créant un excellent isolant essentiel à la fonctionnalité des circuits intégrés. Cette étape permet de s’assurer que l’électricité circule le long des bons chemins au sein de la puce, ce qui est fondamental pour les performances du dispositif.

4. Photolithographie

La photolithographie prépare la plaquette à la gravure grâce à un processus en trois étapes :

Application de photorésine : un matériau sensible à la lumière est appliqué sur la plaquette.
Masquage et exposition : Certaines parties de la plaquette sont masquées et les zones restantes sont exposées à la lumière UV.
Développement : La résine photosensible exposée est développée, transférant le motif sur la plaquette de manière permanente.

Le niveau de pH joue un rôle crucial lors de l’étape de développement de la résine photosensible dans la fabrication de semi-conducteurs. Généralement alcalin, le pH de la solution de révélateur est essentiel pour dissoudre les photorésines exposées dans les processus positifs ou pour éliminer sélectivement les photorésines non exposées dans les processus négatifs. Le maintien de niveaux de pH constants garantit un transfert précis des motifs et des taux de développement constants, évitant ainsi le sous-développement ou le surdéveloppement. De plus, l’équilibre correct du pH favorise la stabilité chimique et la sensibilité des matériaux photorésistants. Après le développement, une solution de rinçage avec le pH approprié aide à neutraliser les résidus de révélateur et à prévenir les réactions secondaires.

Pour mieux comprendre les comportements physicochimiques de vos puces et de votre lithographie au cours de cette étape, vous pouvez utiliser des microbalances de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et XPR.

5. Gravure

La gravure, qu’elle soit chimique (à l’aide d’acides et de bases) ou à base de plasma, élimine les zones exposées de dioxyde de silicium, transférant le motif photosensible sur la plaquette avec une grande précision.

La gravure chimique implique souvent des acides comme l’acide fluorhydrique ou des bases comme l’hydroxyde de potassium, qui déterminent la force et la réactivité des solutions. Le niveau de pH a un impact direct sur la vitesse de gravure : les solutions plus acides ou basiques mordent généralement plus rapidement, tandis que les niveaux de pH moins extrêmes ralentissent le processus. La concentration de HF et de HNO3 dans les solutions de gravure, ainsi que la concentration de H2SiF6 qui se forme lors de la gravure, peuvent être déterminées en toute sécurité par titrage, à l’aide de l’échantillonneur automatique InMotion™ connecté à une ligne Titleator Excellence pour assurer la sécurité de l’utilisateur.

La spectrophotométrie UV/Vis peut déterminer que la concentration de l’agent de gravure reste dans la plage souhaitée pendant le processus pour une gravure précise. De plus, la spectrophotométrie UV/Vis facilite la détection des points finaux en observant les changements d’absorbance de la solution, indiquant quand le processus de gravure est terminé.

6. Dopage

L’implantation ou la diffusion d’ions est complétée par l’introduction d’atomes dopants dans le silicium. Cela permet de verrouiller les propriétés électriques de la plaquette, en créant des régions de type n ou p sur la plaquette de silicium

7. Déposition

Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou le dépôt physique en phase vapeur (PVD) ajoute une fine pellicule de matériau à la plaquette, formant des composants auxiliaires du circuit intégré.

8. Planarisation chimico-mécanique (CMP)

Une deuxième phase CMP élimine l’excès de matière et prépare la plaquette pour l’étape suivante de photolithographie. Ce processus garantit la planéité finale et la parallélité de la plaquette.

Dans la planarisation chimico-mécanique (CMP), le pH est crucial pour plusieurs raisons. Il empêche l’agglomération des particules, assurant la stabilité du lisier et des performances constantes. En régulant l’activité chimique, le pH permet un enlèvement efficace de la matière grâce à des réactions contrôlées. Il assure également un enlèvement de matière uniforme et sélectif, contribuant ainsi à une surface lisse. De plus, un pH approprié minimise la corrosion et les défauts, ce qui permet d’obtenir des finitions de haute qualité.

9. Métallisation

Le pad va maintenant recevoir des couches métalliques qui vont créer des connexions électriques entre les différentes parties du circuit. Une fois ceux-ci établis, un processus final de photolithographie et de gravure définira parfaitement chaque connexion métallique, garantissant à nouveau que les impulsions électriques iront exactement là où elles sont nécessaires.

10. Nettoyage

Dans la fabrication de semi-conducteurs, le nettoyage entre chaque étape du processus est essentiel pour maintenir la qualité finale des puces. Un nettoyage inadéquat peut laisser des impuretés et des résidus qui affectent négativement les prochaines étapes de traitement de la fabrication des plaquettes et compromettent la qualité du produit. METTLER TOLEDO améliore ce processus en fournissant des solutions avancées qui améliorent les opérations des fabricants :

Les modules de pesage permettent une intégration facile et offrent une grande précision dans le pesage des produits chimiques de nettoyage. Leur surveillance d’état intégrée donne aux fabricants l’assurance que leurs systèmes fonctionnent de manière fiable, réduisant ainsi le risque d’endommager les plaquettes et les équipements de traitement.
En suivant les recommandation et vérifications des bonnes pratiques de pesage (GWP®), les fabricants peuvent s’assurer qu’ils utilisent les solutions les plus adaptées à leurs besoins, améliorant ainsi l’efficacité opérationnelle.
Grâce à une surveillance précise et in situ de la composition des bains de nettoyage, les fabricants peuvent éviter des actions correctives coûteuses dues aux impuretés et aux résidus affectant le traitement en aval.
Les solutions de titrage automatisées rationalisent la préparation des échantillons et éliminent le besoin d’intervention de l’opérateur, ce qui augmente le rendement. Cette automatisation aide les fabricants à maintenir une efficacité optimale de la solution de nettoyage sans coûts de main-d’œuvre supplémentaires.
En intégrant la distribution automatique de réactifs et l’élimination des déchets, les fabricants peuvent améliorer la sécurité en minimisant l’exposition des opérateurs aux produits chimiques dangereux.

11. Essais et inspection

La dernière étape des tests et de l’inspection est maintenant terminée. Cette phase varie d’un fabricant de circuits intégrés à l’autre, mais elle implique généralement un test électrique, une vérification physique et une inspection assistée par caméra. Ces inspections permettent de vérifier la présence de défauts ou de contaminants persistants qui pourraient nuire à la fonctionnalité du circuit intégré.

Après l’inspection finale, la puce peut passer à la phase suivante, la fabrication en arrière-plan.

METTLER TOLEDO est là pour vous aider

À chaque étape de la fabrication en amont, METTLER TOLEDO est là pour vous aider. Nos équipements répondront aux exigences de débit, de qualité et de précision de votre projet.

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Nous comprenons que la précision et la fiabilité sont essentielles dans votre travail, et nos solutions sont conçues pour vous soutenir à chaque étape du processus. Notre équipe s’engage à assurer le bon fonctionnement de votre équipement, afin que vous puissiez vous concentrer sur ce qui compte le plus : obtenir des résultats révolutionnaires. Travaillons ensemble pour intensifier vos efforts et stimuler l’innovation dans le domaine des semi-conducteurs.

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