Qu’est-ce que l’équipement de fabrication de semi-conducteurs ?
Les équipements de fabrication de semi-conducteurs sont des équipements utilisés pour fabriquer des semi-conducteurs utilisés dans les transistors et les circuits intégrés.
Les semi-conducteurs sont utilisés dans de nombreux appareils électroniques tels que les services cloud et les centres de données, ainsi que les PC et les smartphones. Les innovations techniques dans le domaine des semi-conducteurs progressent, prenant en compte le stockage des informations, les opérations sur les valeurs numériques et logiques avec les semi-conducteurs, ainsi que leur vitesse de traitement élevée, leur efficacité énergétique et leur aspect peu encombrant.
Des progrès spectaculaires dans les équipements utilisés pour fabriquer ces semi-conducteurs sont indispensables pour répondre à l’augmentation des performances et à l’innovation technologique.
Utilisations des équipements de fabrication de semi-conducteurs
Comme son nom l’indique, l’équipement de fabrication de semi-conducteurs est utilisé pour produire des semi-conducteurs. Les principaux composants des semi-conducteurs comprennent les transistors et les diodes, qui sont des éléments individuels utilisés pour le contrôle électrique, comme le flux et la direction de l’électricité dans les équipements ; les unités centrales de traitement, qui contrôlent le traitement arithmétique des données telles que les programmes dans les équipements ; et la mémoire, qui stocke les données telles que les programmes.
Il existe également des capteurs d’image CMOS utilisés dans les appareils photo, et les équipements de fabrication de semi-conducteurs sont utiles pour la production de ces derniers.
Principe de fabrication des semi-conducteurs
Les opérations de base des équipements de fabrication de semi-conducteurs peuvent être classées en trois catégories : conception de circuits et de modèles, création de photomasques, processus frontaux et processus dorsaux.
1. Conception de circuits et de modèles
La conception de circuits et de modèles consiste à concevoir des circuits qui réalisent les fonctions requises et à étudier des modèles efficaces par le biais d’un certain nombre de simulations. La conception de modèles pour les dispositifs semi-conducteurs fait appel à des logiciels de CAO spécialisés.
2. Création de photomasques
La création de photomasques consiste à créer des plaques originales pour transférer les schémas de circuits sur des tranches de semi-conducteurs. Les transistors et le câblage à la surface d’une plaquette de semi-conducteur sont extrêmement détaillés et le schéma du circuit est agrandi sur la surface d’une plaque de verre transparente.
3. Processus frontal
Le processus frontal va jusqu’à la création de puces sur des plaquettes de silicium. Cette séquence d’étapes est répétée de nombreuses fois, y compris le nettoyage, la photolithographie, la gravure, le dépôt de films, l’implantation d’ions et la planarisation.
4. Processus d’arrière-plan
Le processus d’arrière-plan, ou back end, va jusqu’au moment où les puces semi-conductrices fabriquées sur des tranches de silicium sont subdivisées pour compléter la puce. Les processus comprennent le découpage en tranches, le collage des matrices, le collage des fils, le moulage et l’inspection.
Types d’équipements de fabrication de semi-conducteurs
L’équipement de fabrication de semi-conducteurs peut être divisé en plusieurs catégories : équipement de conception de semi-conducteurs, équipement de fabrication de photomasques, équipement de fabrication de plaquettes, équipement de traitement de plaquettes, équipement d’assemblage, équipement d’inspection et équipement connexe pour l’équipement de fabrication de semi-conducteurs.
1. Équipement de conception de semi-conducteurs
Des logiciels de CAO spécialisés ont été mis au point pour la conception des circuits et des modèles.
2. Équipement de production de photomasques
Un photomasque, également connu sous le nom de plaque sèche en verre, est une plaque de verre ou de quartz sur laquelle sont formées les plaques de modèle originales utilisées dans le processus de fabrication des composants de circuits électroniques. L’équipement de fabrication de photomasques dépose un rideau de protection contre la lumière, tel que du chrome, sur un substrat en verre et dessine un modèle de circuit à l’aide d’un laser ou d’un faisceau d’électrons. Des développeurs, des équipements de gravure à sec et des équipements d’inspection sont également utilisés.
3. Équipement de production de plaquettes
Tout d’abord, les lingots de silicium monocristallin produits à un degré de pureté très élevé sont coupés à une épaisseur donnée par un équipement de coupe utilisant des lames de diamant. Il s’agit de la plaquette de silicium. Ensuite, la surface de la plaquette est polie et placée dans un four d’oxydation à haute température pour créer un film d’oxyde. Un agent photosensible appelé résine photosensible est ensuite appliqué sur la surface de la plaquette à l’aide d’une coucheuse/développeuse de résistances.
L’image du photomasque est réduite et gravée sur la surface de la plaquette pour former un schéma de circuit. Un équipement d’exposition des semi-conducteurs est utilisé pour ce processus. De plus, un équipement de gravure et de décapage est utilisé pour éliminer le film d’oxyde et la couche de réserve superflus.
L’équipement d’implantation ionique et de recuit est utilisé pour implanter du bore, du phosphore et d’autres substances dans les plaquettes afin de les rendre semi-conductrices. La plaquette est placée dans une machine à plasma. Un plasma de gaz inerte y forme un film métallique d’aluminium pour le câblage des électrodes sur la surface de la plaquette. Enfin, la plaquette est testée puce par puce dans l’équipement d’inspection afin de déterminer s’il s’agit d’une bonne plaquette ou d’une plaquette défectueuse, après quoi le processus précédent est achevé.
4. Équipement de traitement pour le processus de fabrication des plaquettes
Dans le processus final, les plaquettes sont d’abord coupées et séparées en puces individuelles à l’aide d’une scie à découper. Les puces sont ensuite fixées en place sur le leadframe.
5. Équipement d’assemblage
Tout d’abord, l’équipement de liaison des puces est utilisé pour connecter les puces au leadframe à l’aide de fils de liaison. Ensuite, la puce est emballée avec de la résine à l’aide d’un équipement de moulage. Cette opération a pour but de les protéger. Les produits semi-conducteurs individuels sont ensuite coupés et séparés du leadframe à l’aide d’une matrice, et les fils externes sont moulés dans la forme requise.
6. Équipement d’inspection
Afin d’exclure les défauts initiaux, un test accéléré de contrainte température-tension, appelé burn-in, est effectué pendant les tests de fonctionnement. Enfin, des tests de caractéristiques électriques et des inspections visuelles de la structure sont effectués pour éliminer les produits défectueux. Des tests de fiabilité tels que des tests environnementaux et des tests de durée de vie à long terme sont également nécessaires.