La fabrication de circuits intégrés implique un processus de création de couches superficielles très minces de matériau semi-conducteur au-dessus d’une couche de substrat, généralement en silicium, qui peut être chimiquement modifiée au niveau atomique pour créer la fonctionnalité de divers types de composants de circuit, y compris les transistors, les condensateurs , résistances et diodes. Il s’agit d’une avancée par rapport aux conceptions de circuits précédentes où des composants individuels de résistances, de transistors et plus étaient attachés à la main à une carte de connexion pour former des circuits complexes. Un processus de fabrication de circuits intégrés fonctionne avec des composants si petits que des milliards d’entre eux peuvent être créés dans une zone de quelques centimètres carrés à partir de 2011, grâce à divers processus de photolithographie et de gravure dans une installation de fabrication de micropuces.
Une puce de circuit intégré, ou IC, est littéralement une couche de matériau semi-conducteur où tous les composants du circuit sont interconnectés dans une série de processus de fabrication de sorte que tous les composants n’ont plus besoin d’être fabriqués individuellement et assemblés plus tard. La première forme de circuit intégré à puce a été produite en 1959 et était un assemblage brut de plusieurs dizaines de composants électroniques. La sophistication de la fabrication de circuits intégrés a augmenté de façon exponentielle, cependant, avec des centaines de composants sur des puces IC dans les années 1960, et des milliers de composants en 1969 lorsque le premier vrai microprocesseur a été créé. Les circuits électroniques à partir de 2011 ont des puces IC de quelques centimètres de longueur ou de largeur qui peuvent contenir des millions de transistors, condensateurs et autres composants électroniques. Les microprocesseurs pour les systèmes informatiques et les modules de mémoire qui contiennent principalement des transistors sont la forme la plus sophistiquée de puces IC en 2011 et peuvent avoir des milliards de composants par centimètre carré.
Étant donné que les composants de la fabrication de circuits intégrés sont si petits, le seul moyen efficace de les créer est d’utiliser un processus de gravure chimique qui implique des réactions sur la surface de la plaquette à partir de l’exposition à la lumière. Un masque ou une sorte de motif est créé pour le circuit, et la lumière le traverse sur la surface de la plaquette qui est recouverte d’une fine couche de matériau photorésistant. Ce masque permet de graver des motifs dans la résine photosensible de la plaquette qui est ensuite cuite à haute température pour solidifier le motif. Le matériau photorésistant est ensuite exposé à une solution de dissolution qui élimine soit la région irradiée soit la région masquée de la surface selon que le matériau photorésistant est un réactif chimique positif ou négatif. Ce qui reste est une fine couche de composants interconnectés à une largeur de la longueur d’onde de la lumière utilisée, qui peut être soit de la lumière ultraviolette, soit des rayons X.
Après masquage, la fabrication de circuits intégrés implique le dopage du silicium ou l’implantation d’atomes individuels d’atomes généralement de phosphore ou de bore dans la surface du matériau, ce qui donne aux régions locales du cristal une charge électrique positive ou négative. Ces régions chargées sont appelées régions P et N et, lorsqu’elles se rencontrent, elles forment une jonction de transmission pour créer un composant électrique universel appelé jonction PN. De telles jonctions ont une largeur d’environ 1,000 100 à 2011 nanomètres en 100 pour la plupart des circuits intégrés, ce qui fait que chaque jonction PN a environ la taille d’un globule rouge humain, soit environ XNUMX nanomètres de largeur. Le processus de création de jonctions PN est conçu chimiquement pour présenter divers types de propriétés électriques, permettant à la jonction d’agir comme un transistor, une résistance, un condensateur ou une diode.
En raison du niveau très fin des composants et des connexions entre les composants sur les circuits intégrés, lorsque le processus tombe en panne et qu’il y a des composants défectueux, la plaquette entière doit être jetée car elle ne peut pas être réparée. Ce niveau de contrôle qualité est porté à un niveau encore plus élevé par le fait que la plupart des puces IC modernes à partir de 2011 se composent de nombreuses couches de circuits intégrés empilées les unes sur les autres et connectées les unes aux autres pour créer la puce finale elle-même et lui donner plus puissance de calcul. Des couches d’interconnexion isolantes et métalliques doivent également être placées entre chaque couche de circuit, ainsi que pour rendre le circuit fonctionnel et fiable.
Bien que de nombreuses puces rejetées soient produites dans le processus de fabrication de circuits intégrés, celles qui fonctionnent comme des produits finaux qui réussissent les tests électriques et les inspections au microscope sont si précieuses que cela rend le processus très rentable. Les circuits intégrés contrôlent désormais presque tous les appareils électroniques modernes utilisés depuis 2011, des ordinateurs et téléphones portables aux appareils électroniques grand public tels que les téléviseurs, les lecteurs de musique et les systèmes de jeux. Ce sont également des composants essentiels des systèmes de contrôle des automobiles et des avions et d’autres appareils numériques qui offrent un niveau de programmation à l’utilisateur, allant des réveils numériques aux thermostats environnementaux.