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Aciers inoxydables pour applications semi-conducteurs
Sunniva Collins, Swagelok Company
La fabrication des puces à semi-conducteurs est un processus en plusieurs étapes comprenant le dépôt de produits chimiques à l'état de vapeur, la photolithographie, la revaporisation des produits chimiques ainsi que d'autres processus, le tout visant à obtenir une structure élaborée sur la surface d'une plaquette de silicium spécialement préparée. La plupart de ces processus font intervenir des gaz ou des phases vapeur. Cette fabrication utilise à la fois des gaz courants et des gaz spéciaux. Ces gaz peuvent être également classés en trois catégories à savoir, gaz inertes, gaz corrosifs et gaz toxiques/pyrophoriques. Pour chacune de ces catégories, l'intégrité des joints (santé et sécurité) et les contaminations constituent des préoccupations majeures. Par exemple, l'arsine et la phosphine, largement utilisées pour l'implantation des ions, sont hautement toxiques avec des seuils respectifs de l'ordre de la ppm et de la ppM. Le silane, utilisé pour l'épitaxie du silicium et certains processus de dépôt de silice, s'enflamme spontanément lorsqu'il entre en contact avec l'air. Les halogènes comme le chlorure d'hydrogène ou le bromure d'hydrogène corrodent l'acier inoxydable lorsque le taux d'humidité dépasse quelques ppm. De plus, la corrosion entraîne la production potentielle de certaines particules qui, à leur tour, peuvent être responsables d'une diminution du rendement.
Il est communément accepté parmi les fabricants de puces qu' « une particule d'une dimension dix fois inférieure au circuit le plus fin peut endommager une puce et provoquer son dysfonctionnement ».(1) Avec une largeur de circuit approchant les 0,14 µm, la taille du « défaut critique » devient d'autant plus petite, aux alentours de 0,014 µm. (Par comparaison, l'épaisseur d'un cheveu humain moyen se situe entre 50 et 120 µm.) Ces contraintes de fabrication signifient que tous les composants en contact avec les gaz du process doivent être élaborés de manière à minimiser voire éliminer les sources potentielles de contamination du système.
L'industrie des semi-conducteurs utilise l'acier inoxydable AISI 316L pour la majorité des applications d'acheminement de gaz, avec une attention particulière portée sur la propreté et la composition des matériaux. Les composants utilisés pour les systèmes d'acheminement de gaz et le matériel de fabrication dans le domaine des semi-conducteurs sont généralement usinés, électropolis et soudés. Les tubes employés sont étirés pour obtenir des dimensions variées, habituellement à partir de tubes sans soudure. Ils ont également électropolis. Avant tout montage dans un système ou sur un équipement, les composants et les tubes subissent un nettoyage spécial visant à retirer tout contaminant des surfaces qui seront en contact avec le fluide. Les systèmes et les équipements sont assemblés à l'aide de raccords à étanchéité métal sur métal par soudure autogène. Une fois assemblés, les systèmes et les équipements doivent être étanches afin d'éviter toute contamination du process et toute fuite de gaz dangereux. Les systèmes assemblés subissent des tests de fuites et un séchage maximal avant leur mise en service.
Le cahier des charges des systèmes d'acheminement de gaz dans le domaine des semi-conducteurs est largement fondé sur une appréciation de la fabrication. Les exigences concernant les matériaux sont motivées par la fabricabilité (usinabilité, électropolissage et soudabilité) et les problèmes propres à l'application (soudabilité et corrosion). En imposant de nombreuses contraintes sur l'acier inoxydable AISI 316L utilisé dans les applications semi-conducteurs, les utilisateurs finaux tentent de s'assurer que l'acier fourni sera adapté à leurs systèmes. Certaines de ces contraintes comme les quantités limites de soufre ou la spécification de la méthode de fonte sont basées sur des données ou l'expérience et ont permis de réels progrès dans la réduction des fuites et l'allongement de la durée de vie des systèmes.
Références
1. « Introduction to Semiconductor Fabrication », Applied Materials, janvier 1995.
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