Fabrication des dispositifs à semi-conducteurs

Un transistor est un dispositif qui permet de contrôler un courant électrique à partir d'une tension ou d'un courant.

La technique de lithographie + gravure est le procédé le plus répandu pour la réalisation de circuits semi-conducteurs. La lithographie consiste à altérer une résine sensible par une source à travers un masque. La photolithographie est le procédé historique utilisant un rayonnement lumineux et une résine photosensible. Avec la miniaturisation croissante les techniques ont évolué vers l'utilisation de rayonnement moins sujet à la diffraction : lithographie UV, UV profond (Deep UV ou DUV), extrême UV, rayons X, lithographie à faisceau d'électrons, lithographie ionique (FIB), lithographie champ proche (STM/AFM).

La résine utilisée dépend essentiellement du type de rayonnement utilisé, on distingue deux types : les résines positives (les parties insolées disparaissent après révélation), et les résines négatives. La résine est généralement déposée par spin coating.

La gravure permet le transfert des motifs imprimés dans la résine. On distingue les transferts soustractifs (gravure humide généralement isotrope, gravure sèche par érosion/sputtering/pulvérisation cathodique, gravure ionique réactive) et les transferts additifs (lift-off, croissance électrolytique).

Les matériaux semi-conducteurs requièrent une grande qualité cristalline, c’est-à-dire qu'il faut le moins d'impuretés possible. Pour obtenir cette grande qualité, une méthode utilisée est de réaliser des couches de matériaux semi-conducteurs sous ultra-vide (1×10^-10 Torr). Ce genre de vide est obtenu dans un bâti d'épitaxie par jets moléculaires. Ce bâti est en général constitué de 3 chambres dans lequel le vide est amélioré d'une chambre à l'autre grâce à des pompes de plus en plus élaborées (pompe à membrane, pompe turbomoléculaire, pompe ionique, filament de titane). C'est donc la dernière chambre, qui est la chambre de croissance qui possède le meilleur vide. Dans cette chambre, le support qui va servir à réaliser le composant (dans le cas d'une diode laser, ce peut être un support de GaSb), fait face à diverses cellules remplies d'éléments servant à réaliser des semi-conducteurs (éléments III ou V du tableau de Mendeleïev, par exemple). Ces cellules sont fortement chauffées pour que le matériau puisse être envoyé sur le support sous forme gazeuse. C'est donc pour cela que l'ultra-vide est nécessaire : la particule envoyée sur le support n'interagira pas avec une autre molécule parasite.

La technique de faisceaux d'ions focalisés (FIB pour Focused Ion Beam) utilise une source d'ions ou d'électrons pour la gravure ou le dépôt métallique. Des déflecteurs et lentilles électrostatiques permettent de diriger le faisceau de manière à effectuer une écriture séquentielle (par exemple pour un prototypage rapide). Lors de l'émission d'électrons, une réaction chimique se produit permettant l'ionisation du matériau (EBL/FEG pour Field Emission Gun). L'émission ionique se fait par un dispositif appelé LMIS (Liquid Metal Ion Source). Ces procédés permettent d'atteindre des finesses de gravure de l'ordre de 10 nm[1].