Substrat de silicium sur lequel a été créé, au cours d’un processus unique, un ensemble indivisible de tous les composants, actifs et passifs, constituant un circuit.
La miniaturisation des équipements électroniques s’est imposée au début de la Seconde Guerre mondiale, avec la nécessité de réduire le poids et le volume des ensembles aéroportés et, d’une manière générale, de tous les équipements électroniques mobiles. Elle a conduit à la réalisation de tubes électroniques miniatures, puis subminiatures, et de composants d’un volume de plus en plus faible ; enfin, l’intégration monolithique des différents éléments a, en réduisant considérablement l’encombrement de l’ensemble, donné naissance aux circuits intégrés. Ceux-ci peuvent comporter une très forte densité de composants ; c’est ainsi qu’il est possible de produire, sur un cristal de silicium d’une surface de l’ordre de 6 mm2, des circuits complexes comportant plusieurs milliers de composants.
Avantages
Le gros avantage des circuits intégrés est leur faible volume, ce qui est essentiel non seulement pour les équipements aérospatiaux et ceux de l’informatique, mais aussi pour ceux des télécommunications, des mesures et de la médecine.
La réduction des dimensions entraîne une amélioration des performances. En effet, en diminuant le temps de réponse des circuits, la réduction de la longueur des connexions permet d’augmenter la fréquence limite de fonctionnement. Le prix de revient réduit, la fiabilité accrue et la faible consommation d’énergie ont aussi contribué à développer l’utilisation de ces circuits.
Fabrication
L’élément de départ est une plaquette de silicium de type p, dénommée substrat, d’un diamètre de 30 mm environ et de 0,2 mm d’épaisseur. Sur ce substrat sont élaborés tous les éléments d’un certain nombre de circuits identiques. La plaquette originale est découpée afin de fournir les microcircuits élémentaires, qui sont montés ou encapsulés dans un boîtier muni de ses connexions. En fait, chaque circuit intégré est élaboré sur une faible fraction du substrat mesurant environ 2 × 2 × 0,2 mm. On réalise les circuits intégrés par la technique « Planar », la plus souvent adoptée pour la fabrication des transistors.
Epitaxie. Cette opération consiste à faire croître, à partir de la phase vapeur, à la surface d’un monocristal, une couche mince d’un semi-conducteur de même nature d’une épaisseur de 5 à 20 μ. Tant que la couche déposée reste très mince, l’orientation des molécules n’est pas modifiée.
Oxydation. Pour que les traitements ultérieurs n’agissent que sur certaines zones bien déterminées, on oxyde dans un four parcouru par un courant d’oxygène toute la surface de la plaquette, qui est ainsi recouverte d’une couche de bioxyde de silicium.
Photogravure. À travers la couche de bioxyde de silicium, on ouvre des fenêtres par lesquelles le silicium mis à nu sera dopé par diffusion. Cette ouverture est réalisée par photogravure. Après dépôt d’une laque photosensible, la plaquette oxydée est insolée aux rayons ultraviolets à travers un masque délimitant la forme des éléments à obtenir. Un développement dissout la laque aux endroits correspondant aux fenêtres, et une attaque à l’acide fluorhydrique enlève le bioxyde en laissant intact le silicium.
Diffusion. Cette opération, qui a pour but de doper le silicium pour lui donner les caractéristiques physiques désirées, se fait par diffusion gazeuse. Pour cela on fait arriver, dans un four, des gaz contenant des impuretés qui, sous l’influence de la chaleur, pénètrent dans le semi-conducteur, créant ainsi, suivant la nature des impuretés, les zones p ou n.
J. D.
J. P. Œhmichen, Technologie des circuits imprimés (Éd. Radio, 1963). / H. Lilien, Principes et applications des circuits intégrés (Éd. Radio, 1968). / R. Besson, Technologie des composants (Éd. Radio, 1976).