Le Silicium, composant principal de notre technologie, fait partie des éléments les plus abondants dans la croûte terrestre (deuxième après l’oxygène avec 25,7 % de sa masse). Souvent utilisé pour ses propriétés semi-conductrices, nous avons voulu percer les secrets de cet ingrédient que nous utilisons quotidiennement sous différentes formes.
Un peu d’histoire
Le terme Silicium, élément chimique qui fait partie de la famille des Cristallogènes (composants de forme cristalline dont l’étain, le plomb ou encore le carbone font partie), a été donné par un scientifique anglais du nom de Sir Humphry David en 1808. Il est impossible de trouver du silicium à l’état naturel sur Terre; cependant, il est présent sous de nombreuses formes comme la silice ou le silicate (sel combinant le dioxyde de silicium à d’autres oxydes métalliques). Il faudra attendre 1823 pour que le Silicium soit isolé pour la première fois par le scientifique Jöns Jacob Berzelius et 1854 pour que Henri Sainte-Claire Deville (chimiste français reconnu pour ses travaux sur l’aluminium) obtienne du silicium sous forme cristalline.
Qui dit Silicium dit wafer
Reprenons notre base du monocristal de silicium : ce dernier est découpé en plaquettes (communément appelées « Wafers ») de 0.2 à 0.3 mm d’épaisseur. Afin d’éviter tout échauffement ou pollution, cette opération de tronçonnage est réalisée dans l’eau. Vient ensuite la partie « Rodage des faces » pour éliminer les irrégularités de surface provoquées par la poudre de diamant lors de la découpe. Un rodage mécanique ainsi que chimique va venir supprimer les pollutions sur notre plaque.
Comment passe-t-on de la silice au cristal de silicium ?
Plusieurs étapes de distillations, de décompositions ainsi que de cristallisations sont nécessaires pour créer un semi-conducteur. Aucune impureté ne doit venir perturber cette dernière étape (degré de pureté de 99.999 %). Autour de l’enceinte isolante en quartz, est placé l’inducteur d’un générateur haute fréquence qui permet de porter le mélange à la température de fusion (1500 °C). Lorsque la fusion est totale, l’opération de cristallisation peut commencer : un système mécanique de précision présente le germe monocristal au contact du bain, puis le soulève verticalement, très lentement, tout en lui imprimant une très lente rotation qui aide à l’homogénéisation. Le monocristal obtenu se présente sous une forme cylindrique avec un diamètre pouvant atteindre 30 cm. Les deux extrémités sont sectionnées : la tête (partie la plus pure) servira de germes pour d’autres opérations et la base (partie la moins pure) sera rejetée.
Qu’est-ce qu’un semi-conducteur ?
Un semi-conducteur est un matériau qui est à la limite entre les isolants et les conducteurs. Il peut se comporter comme l’un ou l’autre si certaines conditions sont réunies : chaque élément possède un certain nombre d’électrons qui gravitent autour d’un noyau. L’agencement de ces électrons, sous forme de couches, est responsable de la conductivité électrique. Par défaut, le silicium est isolant. Pour qu’il devienne semi-conducteur, direction notre Fab et plus précisément le secteur de Diffusion : les fours vont venir chauffer à très haute température les plaques de silicium tout en envoyant des atomes à différents endroits de la plaque.
Utilisation du Silicium
Deux types de substrats sont utilisés à Caen pour réaliser nos opérations de production :
- Le substrat HR (High Resistivity) : substrat avec une faible conductivité.
- Le substrat LR (Low Resistivity) : substrat avec une forte conductivité.
La pénurie de semi-conducteur
Depuis un peu plus d’un an, on observe une pénurie mondiale dans le monde du semi-conducteur. Plus de 90 % de la production des puces les plus avancées se trouve à Taïwan et est assurée par TSMC (Taïwan Semiconductor Manufacturing Company). La COVID-19 augmentant le recours au télétravail, il y a eu une ruée vers les articles informatiques, mettant à mal l’industrie du semi-conducteur. L’île de Taïwan fait également fasse à sa pire sécheresse depuis cinquante ans. Une baisse d’environ 10 % de l’approvisionnement en eaux industrielles a été décidée, ce qui pénalise les fabricants de semi-conducteurs.
Le saviez-vous ?
Le corps humain est constitué d’environ 7 g de silicium : nous le retrouvons dans la fixation du calcium ainsi que dans le fonctionnement de notre système immunitaire.
Silicon is the main material of our technology. It’s one of the most abundant elements in the earth’s crust (second after oxygen, with 25.7 % of its mass). It’s impossible to find silicon in its natural state. It wasn’t until 1823 that silicon was isolated for the first time. In Caen, silicon is used as a substrate where several operations are carried out, notably HR (High Resistivity) with low conductivity and LR (Low Resistivity) with high conductivity.