galette

Une tranche (wafer) est un disque mince et plat de silicium cristallin, généralement de 200 à 300 millimètres de diamètre et de 0,725 millimètre d'épaisseur, qui sert de base physique à la fabrication de semi-conducteurs. Des centaines ou des milliers de circuits intégrés individuels sont fabriqués en parallèle sur une seule tranche, puis séparés en puces individuelles. Le matériau de la tranche doit être extrêmement pur, avec des densités de défauts mesurées en parties par milliard, car même de minuscules irrégularités cristallines ou contaminants entraîneront une défaillance du circuit.

Le silicium domine la production industrielle de tranches en raison de son abondance, de ses propriétés thermiques et de la maturité de l'écosystème de fabrication. Les tranches commencent comme des lingots cultivés à partir de silicium fondu en utilisant la méthode Czochralski, puis sont coupées, rodées et polies pour obtenir des tolérances d'épaisseur et de planéité précises. D'autres matériaux semi-conducteurs comme l'arséniure de gallium, le phosphure d'indium et le carbure de silicium sont utilisés pour des applications spécialisées dans les circuits de haute puissance ou de haute fréquence, mais représentent une petite fraction du volume total de tranches.

Pendant la fabrication, les tranches passent par des dizaines d'étapes de processus: photolithographie pour modeler les circuits, dépôt de métaux et de diélectriques, gravure, diffusion et implantation. Chaque étape nécessite des conditions de salle blanche pour éviter la contamination par des particules. Le rendement, ou le pourcentage de bonnes puces récupérées de chaque tranche, dépend de la maturité du processus, de la complexité de la conception et des défauts de fabrication. Un seul défaut de la taille d'une particule de poussière peut rendre une puce entière inutilisable. Les usines modernes suivent les emplacements des défauts avec l'imagerie aérienne pour améliorer le rendement et identifier les problèmes systématiques.

La taille des tranches a augmenté régulièrement au fil des décennies: les tranches de 150 mm étaient la norme dans les années 1990, celles de 200 mm tout au long des années 2000, et celles de 300 mm sont devenues la norme industrielle pour la production logique et mémoire à partir des années 2010. Les tranches plus grandes réduisent le coût de fabrication par puce en répartissant les frais généraux fixes sur un plus grand nombre de puces, mais nécessitent un équipement plus grand et plus coûteux et une plus grande précision de processus. Le passage à des formats encore plus grands (450 mm ou plus) a été techniquement réalisable mais économiquement difficile.

Dans le secteur de l'énergie et des services publics, les tranches sont des intrants essentiels pour l'électronique de puissance, les cellules solaires et les systèmes de gestion de réseau. Les tranches solaires en silicium, généralement de 156 à 210 millimètres carrés, sont fondamentalement similaires aux tranches de semi-conducteurs mais fabriquées selon des spécifications et des tolérances différentes. La terminologie et les pratiques de manipulation se recoupent entre les secteurs, rendant la qualité des tranches et le contrôle des processus pertinents pour la production d'énergie, les équipements de distribution et l'infrastructure de réseau intelligent.