Upload
lekabyle85
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
1/10
> INTRODUC
De llectron la fabrication des puces 8 > La micro
De llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
DE L A RE C HE RC HE
L I N D U ST R I E
> De llectron la fabrication des
Commissariat lnergie Atomique, 2006Direction de la communicationBtiment Sige91191 Gif-sur-Yvette cedex www.cea.fr
ISSN 1637-5408.
LA RVOLUTION TECHNOLOGIQUEUN PEU DHISTOIRECOMMENT FABRIQUE-T-ONLES CIRCUITS INTGRS ?
LA NANOLECTRONIQUE
1 > Latome
2 > La radioactivit
3 > Lhomme et les rayonnements
4 > Lnergie
5 > Lnergie nuclaire: fusion et fission
6 > Le fonctionnement dun racteur nuclaire
7 > Le cycle du combustible nuclaire
8 > La microlectronique
9 > Le laser
10 > Limagerie mdicale
11 > Lastrophysique nuclaire
12 > Lhydrogne
13 > Le Soleil
14 > Les dchets radioactifs
15 > Le climat
>Lamicrolectronique
8 >Lamicrolectronique
Commissariat lnergie Atomique, 2006Direction de la communicationBtiment Sige91191 Gif-sur-Yvette cedex www.cea.fr
ISSN 1637-5408.
LA COLLECTION
1 > Latome
2 > La radioactivit
3 > Lhomme et les rayonnements
4 > Lnergie
5 > Lnergie nuclaire: fusion et fission
6 > Le fonctionnement dun racteur nuclaire
7 > Le cycle du combustible nuclaire
8 > La microlectronique
9 > Lelaser
10 > Limagerie mdicale
11 > Lastrophysique nuclaire
12 > Lhydrogne
13 > Le Soleil14 > Les dchets radioactifs
15 > Le climat
DE L A RE C HE RC HE
L I N D U ST R I E
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
2/10
> INTRODUC
De llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
> SOMMAIRE2
introductioTlphones mobiles, appareils photo num-riques, baladeurs, micro-ordinateurs,consoles de jeux, cartes bancaires, automo-
biles: en quelques dcennies, les circuits int-grs ou puces ont conquis la plupart de nos
objets quotidiens.
Cette invasion na pas de prcdent dans lhis-
toire des technologies. Elle sexplique par le
rythme dinnovation acclr de lindustrie
microlectronique : celle-ci na cess de pro-
duire des transistors plus petits, donc des cir-
cuits intgrs plus puissants et plus performants.
En 1971, le processeur 4004 dIntel contenait
quelque 2 300 transistors. En 2006, la
perspective de puces 1 milliard de transis-
tors se rapproche. Cet extraordinaire condens
dintelligence cote de moins en moins cher :en 1973, il fallait dbourser le prix dun appar-
tement pour fabriquer 1 million de transistors;
aujourdhui, le prix dun post-it.
Toujours plus puissantes et moins chresles puces lectroniques pourront-ellescontinuer se miniaturiser ?
Pourtant, lhorizon de lindustrie micro
nique est loin dtre dgag. Celle-ci a
bientt des dimensions o les transisto
extrmement difficiles fabriquer et f
tionner. Un seul exemple : lpaisseu
tains isolants (oxydes) pourrait ne pas d
1,5nm, soit 4 5 molcules doxyde
Des programmes de recherche accom
de lourds investissements mobilis
industriels, les laboratoires de rech
les institutionnels. Ceci, notamment,
rgion grenobloise, ple de microlec
denvergure mondiale. Elle accueille
(Laboratoire dlectronique et de tec
de linformation) du CEA, et le site de
o ST Microelectronics, Philips et Freesc
sent leurs efforts. Enfin, depuis 2006, G
regroupe 4 000 personnes au sein de
principal ple europen dinnovation e
et nanotechnologies.
LA RVOLUTIONTECHNOLOGIQUE 4Dmocratiserla microlectronique 5
Des calculs plus complexes 6
Des produits et servicesinnovants 7
UN PEU DHISTOIRE... 8La diode, premier dispositiflectronique 9
Du transistor au circuit
intgr 10Les circuits intgrs actuels 11
COMMENT FABRIQUE-T-ONLES CIRCUITS INTGRS ? 13Des usines toujours pluscoteuses 14
La salle blanche, un milieuextra-naturel 15
La fabrication collective 16
Les oprations lmentaires 17
LA NANOLECTRONIQUE 18
Top down et bottom up 19Porte ouverte sur lesnanotechnologies 19
> INTRODUC
Lam
icrolectronique
Observation au microscope optique dune plaque de silicium.
De llectron la fabrication des puces 8 > La micro
Conception: Spcifique - Photo de couverture : P. STROPPA /CEA - Illustrati ons : YUVANOE - Ralisation et impression : Imprimerie Sncaut - 09/2006
CEA
CEA
La microlecgrce saminiaturisatet ses hautperformancepermet de napplications.Par exemplemdecine avpuce ADN (
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
3/10
De llectron la fabrication des puces 8 > La micro
> UNE RVOLUTION TECHNOLOG4
planifier des annes lavance leurs
sements et leurs programmes de re
Car pour tenir ce rythme, il faut sans ce
remettre en cause : les matriaux utili
les circuits, les connexions lectrique
isolants ; les architectures des circuits, q
sentent un lment dterminant de l
mance finale ; les machines de product
certaines cotent plusieurs millions d
la taille des tranches de silicium sur le
les circuits sont raliss (200m
300 mm), et avec elles toutes les mtfabrication.
Sur un circuit en technologie 90nm,les gravures sont mille fois plus finesque lpaisseur dun cheveu.
40 ANS DE PROGRS CONTINUSET DE NOUVEAUX PRODUITS ET SERVICESDTERMINENT LRE DE LA MINIATURISATION.
DMOCRATISERLA MICROLECTRONIQUELa microlectronique nest pas un mtier tabli
et stabilis : le nombre de transistors par unit
de surface quadruple tous les trois ans, et le
cot des circuits est divis par deux tous les
18 mois environ, notamment grce la fabri-
cation collective de centaines de puces sur
chaque plaquette de silicium.
Cette courbe de croissance des performances
avait t dcrite ds 1965 par Gordon Moore,
cofondateur de la socit Intel. Elle sest
confirme avec une telle exactitude quelle
est devenue la loi de Moore pour tous lesindustriels du secteur, qui sen inspirent pour
De llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
DenisDuret/CEA
La rvolutiontechnologique
LOI DE MOORE
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
4/10
De llectron la fabrication des puces 8 > La microDe llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
> UNE RVOLUTION TECHNOLOG6 > UNE RVOLUTION TECHNOLOGIQUE
Pour suivre cette course la performance,lindicateur le plus significatif est la finesse de
gravure. Elle tait exprime initialement en
microns (millionimes de mtre) :
0,25 micron, puis 0,18 micron,
puis 0,13 micron Depuis le
dbut des annes 2000, lunit
la plus utilise est le nanomtre
(milliardime de mtre). Un site de production
comme celui de Crolles fabrique des circuits
de 90 nm, soit des gravures 1 000 fois plus
fines que lpaisseur dun cheveu.
Ces prouesses technologiques ont permis la
chute des cots, lenvole des performances et
la dmocratisation de la microlectronique,
avec deux consquences : des puissances de
calcul toujours accrues, des nouveaux produits
et services pour le grand public.
DES CALCULS PLUS COMPLEXES,POUR CONCEVOIR, SIMULER,MODLISERLes scientifiques de laprs-guerre effectuaient
leurs calculs sur des ordinateurs qui occupaient
des pices entires, et dont la performance ne
dpassait pas celle dune calculette daujourdhui.
Ceux de ce dbut de XXIe sicle disposent de
supercalculateurs dont la performance atteint le
traflop. Les progrs des circuits intgrs
expliquent ce saut gigan-
tesque, qui a ouvert des
possibilits nouvelles :
-la conception de produits ou de systmes com-plexes : elle peut seffectuer entirement sur ordi-
nateur. En fonction des conditions dutilisation
prvues, la machine calcule le comportement des
matriaux, les dimensions des composants, leur
agencement dans lespace, et trace les plans.
- la modlisation de phnomnes : le compor-
tement dun avion de ligne dans des turbulences
ou lvolution de la mto sur cinq jours dpen-
dent dune multitude de paramtres. Ils peu-
vent tre modliss, cest--dire reprsents par
une srie doprations complexes dont le rsultat
est trs voisin du phnomne rel
-la simulation numrique : il sagit cette fois de
faire tourner les modles, en indiquant par
exemple le poids de lavion, sa vitesse, la force
et la direction des turbulences ; lordinateur prdit
alors son comportement en vol. En conception,
la simulation numrique permet par exemple
de tester un moteur avant de raliser un pro-
totype : comment tiendra-t-il lchauffement,
aux vibrations de la route ou des chocs ?
DES PRODUITS ET SERVICESINNOVANTSLa puissance de calcul des circuits intgrs
permet de proposer au grand public des qui-
pements performants, faciles utiliser et riches
en fonctions : tlphone mobile, lecteur DVD,
tlvision numrique, baladeur MP3, appareil
photo numrique, carte bancaire En effet,
les puces grent la fois les fonctions de calcul
et les interfaces (clavier, afficheur, prise USB)
qui rendent lutilisation simple et intuitive.CEA
La puissance des supercalculateurs actuelsatteint 1 000milliards doprations par secondegrce aux progrs de la microlectronique.
ENIAC, le premier ordinateur. Tera, le nouveau supercalculateur.
1 000 milliardsdoprations par seconde.
CEA
ARCHITECTURE INTERNE DUN BALADEUR MP3
De plus, lencombrement et le prix des
diminuent rgulirement : le consomm
gagnant sur tous les tableaux.Le tlphone mobile offre une parfaitetion de ce phnomne. Les premiers afort encombrants, ne savaient que
ner. Les plus rcents, ultra lgers, pdes jeux, des prises de vues haute dla connexion internet, pour un prixlent ou infrieur.
Il faut noter enfin que la plupart des a
comportent non pas un, mais plusieurs
intgrs (microprocesseurs, mmoire
lassociation bien pense contrib
performances de lensemble.
Des produits grandpublic plus performaoffrent plus de fonctils sont moinsencombrantset moins chers.
La gravurereprsentela largeurdes motifssculpts dansle silicium.
Phili
C.
DUPONT/CEA
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
5/10
> UN PEU DHISTO
De llectron la fabrication des puces 8 > La microDe llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
8
LA DIODE, PREMIER DISPOSITIFLECTRONIQUELhistoire de llectronique commence en 1904
avec linvention de la diode, utilise dans les
postes de radio. Une diode, cest un dispositif
sous vide comprenant un filament metteur
dlectrons et une plaque, collectrice dlec-
trons lorsquelle est polarise positivement (les
lectrons ont une charge ngative). Il suffit de
faire varier la tension (positive ou ngative) de
la plaque pour permettre ou interrompre le
passage du courant.
Ds 1907 apparat la triode, dans laquelle une
grille est ajoute entre le filament et la plaque.
Cette grille joue le rle de modulateur dlec-
trons : selon sa polarisation, elle les bloque ou
acclre leur passage (amplification du courant).
Dans les annes 40, les triodes et autres tubes
vide sont utiliss dans les tout premiers
ordinateurs pour calculer plus rapidement qu
la main. Les nombres et les oprations sont
cods en mode binaire, laide de 0 ou de 1 :
par exemple, le 1 correspond au passage du
courant lectrique, le 0 son blocage. Mais
pour effectuer des calculs complexes, de
par exemple par les physiciens, il fau
plier les tubes vide ; or ceux-ci sont
neux, chauffent beaucoup et claque
lement. Ce manque de fiabilit freine
loppement de linformatique.
EN UN SICLE, LA MINIATURISATION A PERMISLE PASSAGE DU TUBE VIDE AU TRANSISTORDUN MICROMTRE CARR.
Diodes vide et transistors (en hau
Artechnique
CEA
1904John Alexandre Fleming, ingnieuranglais, invente la diode. Ce premierdispositif lectroniqueest utilisdans les postes de radio. En 1907,Lee de Forest, chercheuramricain, amliore le principe eninventant la triode.
1954Texas Instrument fabriqpremier transistor en sune dcennie, leur tailcelle dun d jouer, v celle dun grain de smultiplication des fils connexion freine le dde circuits complexes.
Lhistoire de la microlectr
DO VIENT LE MOT BUG ?Le mot anglais bug peut se traduire par insecte oubestiole. Alors, quel rapport avec les bugs de noslogiciels? Trs simple Sur lENIAC, premier calculateurautomatique au monde mis au point en 1946 luniversit de Pennsylvanie, lune des grandes causesde panne tait latterrissage de petits papillons sur les
connexions lectriques. Celles-ci taient dautantnombreuses que lENIAC tait un monstre de 30 toccupant 72 m2 au sol et comptant plus de 17 00 vide.Cest ainsi que les bugs ont fait leur entre dansle monde de linformatique
1948John Bardeen, Walter Brattain etWilliam Shockley, trois physiciensdes laboratoires Bell (Etats-Unis)ralisent le premier transistor.Fiabilit, faible encombrement,consommation rduite : la voie dela miniaturisation est ouverte.Cette dcouverte majeure leurvaudra le prix Nobel de physiqueen 1956.
Un peu dhistoire...
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
6/10
> UN PEU DHISTO
De llectron la fabrication des puces 8 > La microDe llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
> UN PEU DHISTOIRE...10
utilis dans de nouveaux postes de radio auxquels
il donne son nom, et dans des ordinateurs.Pourtant, un nouvel obstacle se dresse
rapidement : plus les transistors sont nombreux,
plus il faut de fils de cuivre souds pour les
interconnecter, do un risque de panne lev.En 1959, linvention du circuit intgr rsoutle problme. Les transistors sont raliss direc-tement la surface du silicium, leursconnexions sont fabriques par dpt decouches mtalliques sur cette surface.
Rien ne soppose plus la fabrication de
dispositifs toujours plus complexes, associant
transistors, diodes, rsistances et condensateurs.
Le tout premier circuit intgr compte sixtransistors. Par la suite, ces dispositifs ne
cesseront de se miniaturiser et de se densifier.
DU TRANSISTOR AU CIRCUIT
INTGREn 1948, John Bardeen, Walter Brattain et
William Shockley , trois physiciens amricains
inventent le transistor bipolaire et ouvrent ainsi
lre de la microlectronique.
Le transistor bipolaire comprend un metteur
dlectrons, un collecteur et un dispositif de
modulation appel base. Le dplacement des
lectrons ne seffectue plus dans le vide mais
dans un matriau solide, le semi-conducteuri
dont on contrle la capacit
conduire les courants dlec-
trons. La fiabilit est considra-
blement amliore.
De plus, le transistor est moins
encombrant que le tube vide.
Et en quelques annes, sa taille va passer de celle
dun d jouer celle dun grain de sel ! Il est
Avec le transistor, les lectronscirculent dans un matriau solideet non plus dans le vide.
La plupart des transistors sont des MO
Mtal, Oxyde, Semi-conducteur), unelogie dveloppe dans les annes 19
permet de raliser des transistors qui
ment moins et de faciliter lintgra
rsistances, autres composants import
circuits intgrs.
Dont le matriauest soit dugermaniumsoit du siliciummonocristallindop,par exemple.
COMMENT FONCTIONNEUN TRANSISTOR MOS ?
Un transistor MOS comprendune source et un drain, entre lesquelsles lectrons peuvent circuler viaun canal de conduction.Ce canal fonctionne commeun interrupteur, en fonctionde la charge lectrique de la grille.Selon la polarit de cette grille, le canalde conduction est ouvert ou ferm.La performance du transistor dpendprincipalement de la taille de la grille :
plus celle-ci est petite, moins les lectronsont de chemin parcourir dans le canal,plus le systme est rapide.
Lhistoire de la microlectronique en quelques dates.
1964Premier circuit intgr du CEA/Lti.
1960Aux Etats-Unis, le lancement duprogramme Apollo, dot de25milliards de dollars, donneun formidable coupdacclrateur aux recherchessur les calculateurs et lescircuits intgrs.
1959Jack Kilby et Robert Noyce, deuxchercheurs amricains, ralisentle premier circuit intgr (sixtransistors). Ils ont notammentrsolu les problmes de souduredes connexions : celles-ci sontralises par dpt de couchesmtalliques sur le silicium.
1974Lingnieur franais RolandMorno invente la carte puce.
Laboratoire de recherche technologique des annes 1980.
LES CIRCUITS INTGRS ACTUELSEn 2005, un microprocesseur (le circuit intgr
le plus complexe) est un morceau de plaque de
silicium carr denviron 2,5 cm de ct. Il peut
comporter plusieurs centaines de millions de com-
posants. Il est enferm dans un botier protec-
teur muni de pattes (do le nom de puce)
pour assurer les connexions avec les autres
organes de lappareil dans lequel il sinsre.
DR
CEA
CEA
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
7/10
Lhistoire de la microlectronique en quelques dates.
De llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
> UN PEU DHISTOIRE...12
La taille des circuits intgrs augmente rguli-
rement. Celle des plaques de silicium sur les-
quelles ces circuits sont fabriqus augmente
galement, pour faire tenir un mme nombre de
puces sur chaque plaque. Ces vingt dernires
annes, lindustrie microlectronique a utilis suc-
cessivement des lingots de silicium de 100mm
de diamtre, puis 200 mm, puis 300mm.
Le silicium nest pas utilis ltat pur : il est
dop par lajout en trs faibles quantits
dions trangers (arsenic, bore, phosphore) qui
guident et facilitent le passage du courant.
Le circuit peut tre grav dans du silicium massif
ou sur une couche mince de quelques centaines
de nanomtres dpose sur un isolant : le SOI,
qui permet de raliser des circuits
plus rapides et moins gourmands
en nergie, est de plus en plus utilis. Le
meilleur procd de fabrication a t invent
en 1991 par un chercheur du CEA.
1996Le processeur Intel Pentium Procompte 5,5 millions detransistors. Il sera suivi en 1999dIntel Pentium III (9,5 millions)et en 2002 dIntel Pentium IV (55millions), contre 2 300transistors dans le tout premiermicroprocesseur Intel, le 4004sorti en 1971.
1991Michel Bruel, chercheur auCEA/Lti, invente le procdImprove permettant de fabriquerle silicium sur isolant SOI avec une productivit dcuple.Le SOI va devenir un matriau derfrence pour fabriquer descircuits rapides, peu gourmandsen nergie.
2003Premires productionsindustrielles de puces sur destranches de silicium de 300 mmde diamtre.
pour Siliciumsur isolant
De llectron la fabrication des puces 8 > La m
fabrique-t-on lescircuits intgrs ?
PRODUIRE LINFINIMENT PETIT NCESSITE DES USINES GIGANTESQUES.
P.
STROPPA/CEA
Commentfabrique-t-on lescircuits intgrs ?
Un microprocesseuractuel compte
plusieurs centainesde millions decomposants sur
un carr de 2,5 cmde ct.CE
A
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
8/10
> COMMENT FABRIQUE-T-ON LES CIRCUITS INTG
De llectron la fabrication des puces 8 > La microDe llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
> COMMENT FABRIQUE-T-ON LES CIRCUITS INTGRS ?14
Une sall(Laboratdlectroet de tecde linfoau CEA G
DES USINES TOUJOURSPLUS COTEUSESFabriquer un circuit intgr, cest raliser sur
quelques centimtres carrs de surface et
quelques microns dpaisseur un assemblage
de millions de composants interconnects ; ceci,
simultanment, pour des centaines dexem-
plaires identiques.
Plus les circuits intgrs se miniaturisent, plus
les usines qui les fabriquent cotent cher.Une
fab (unit de production) cote peu prs
le mme prix que 300 Airbus A320 ! Ceci pour
plusieurs raisons :
-plus on fait petit, plus les environnements de
travail doivent tre propres pour viter des
contaminations fatales aux circuits : les exi-
gences de propret des salles blanches ne ces-
sent daugmenter ;
-plus on fait petit, plus les machines de pro-
duction sont prcises, fiables, difficiles
mettre au point et entretenir ; de plus, elles
ne sont fabriques quen petites sries ;
-plus on fait petit, plus il faut recourir des
matriaux spciaux, des solutions techniques
complexes et des tapes supplmentaires
de fabrication ; aujourdhui, on en compte
environ 200 par circuit.
Malgr ce dploiement defforts, le rendementi
dune chane de fabrica-
tion ne dpasse pas 20%
lors du lancement dune
nouvelle production. Les efforts des quipes de
fabrication feront rapidement passer ce chiffre
80, voire 90 %.
LA SALLE BLANCHE, UN MILIEUEXTRA-NATURELA lchelle dune puce, un minuscule grain de
poussire reprsente un rocher qui bouche les
chemins creuss pour la circulation des lec-
trons. Cest pourquoi la fabrication a lieu en
salle blanche. Lair est filtr et entirement
renouvel 10 fois
par minute. Il
contient 100 000
1million de fois moins de poussires que lair
extrieur. Les oprateurs portent en perma-
nence une combinaison qui les couvre presque
des pieds la tte, et retient les particules
organiques et les poussires quils gnrent
naturellement.
De plus, de nombreuses oprations de nettoyage
des tranches sont menes entre les tapes de
fabrication. Au total, elles reprsentent presque
un tiers du temps total de process.
Lair des salles blanches contient 100 0 1 million de fois moins de poussiresque lair extrieur.
Le prix dune unit de productionquivaut celui de 300 Airbus A320.
local o lhumidit, la temprature,leau, les produits chimiques sontrigoureusement contrls.
nombre de pucesfonctionnelles sur lenombre de puces produites.
P.
STROPPA/CEA
DR
CAO : DES VILLES LCHELLDU CENTIMTREImpossible de concevoir un circuit de plusimillions dlments sans laide de lordinattout concepteur de puces recourt la CAO dterminer les principales fonctions, puisemodules dans des bibliothques informatisarranger ces modules les uns par rapport aautres, simuler le fonctionnement, etc. Lexest long, difficile et incroyablement minutieen imaginant quun micro-processeurde 100 millions detransistors ait la taille duncarr de 6 km de ct
(superficie dune villede 100 000 habitants),chaque isolant de grille detransistor aurait une paisseurde seulement un millimtre !Usine de lalliance entre STMicroelectronics, Freescale
et Philips, Crolles (Isre).
16
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
9/10
> COMMENT FABRIQUE-T-ON LES CIRCUITS INTG
De llectron la fabrication des puces 8 > La microDe llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
> COMMENT FABRIQUE-T-ON LES CIRCUITS INTGRS ?16
La fabrication collective par centainesdexemplaires fait chuter le cot unitairedes puces.
LA FABRICATION COLLECTIVE,UN ATOUT ESSENTIELLe matriau de base du circuit intgr est le silicium,
lment chimique le plus rpandu sur terre. Extrait
du sable par rduction, il est cristallis sous forme
de barreaux de 20 ou 30 cm de diamtre, ensuite
scis en tranches de moins dun millimtre dpais-
seur qui sont polies jusqu obtenir des surfaces lisses
0,5 nanomtre prs.
Cest sur cette tranche que des centaines de puces
sont fabriques simultanment, grce la rpti-
tion ou la combinaison doprations lmentaires:
traitement thermique, dpts, photolithographie,
gravure et dopage.
Cette fabrication collective, qui fait chuter les cots
unitaires, est lun des atouts majeurs de lindus-
trie microlectronique. Elle explique pourquoi lesindustriels des microsystmes cherchent fabri-
quer leurs produits avec les mmes technologies.
Mais elle durcit aussi les exigences de production:
une erreur de manipulation, quelques secondes en
plus ou en moins et ce sont plusieurs centaines de
circuits qui finissent la poubelle
Barreau de silicium, 300 mm.
DR
LE TRAITEMENTTHERMIQUERalis dans des fours
des tempratures de
800 1200C, il peut
servir raliser descouches doxydes,
rarranger des rseaux
cristallins ou effec-
tuer certains dopages.
LA PHOTOLITHOGRAPHIEEtape-cl, elle consiste reproduire
dans une rsine photosensible le dessin
des circuits raliser. Cette rsine est
dpose sur le silicium. La lumire dune
source lumineuse de trs faible longueur
donde (UV ou infrieure) y projette
limage dun masque. Plus la rsolution
optique est pousse, plus la miniaturi-
sation des circuits peut tre amliore.
LA GRAVUREA linverse du dpt, la gra-
vure enlve de la matire la
plaquette, toujours dans le
but de raliser un motif. Deux
voies principales : la gravuredite humide, qui utilise
des ractifs liquides, et la
gravure sche (ou gravure
plasma) qui emploie des rac-
tifs gazeux.
LEDOPAGEPour introduire au c
silicium les atomes q
modifier sa conductiv
plaquettes sont cha
entre 800 et 1100des fours, en prsence
dopant, ou bombar
travers un masque
faisceau dions acclr
LES OPRATIONS LMENTAIRES
LES DPTSIls apportent la surface
du silicium des couches
conductrices ou isolantes :
oxydes, nitrures, siliciures,
tungstne, aluminium... Ilssont effectus par diverses
techniques faisant appel
des gaz ou des liquides :
dpt en phase vapeur
(CVD), par pulvrisation,
par pitaxie etc.
P.STROPPA / CEA
P.STROPPA / CEA
P.STROPPA / CEA
CEA
P.STROPPA /CEA
LES OPRATIONS LMENTAIRES
18
7/30/2019 livret_microlectronique.pdf
10/10
> LA NANOLECTRON
De llectron la fabrication des puces 8 > La microDe llectron la fabrication des puces 8 > La microlectronique
18
LE TOP DOWN ET LE BOTTOM UPLavnement de la nanolectronique saccom-
pagne de dfis techniques si ambitieux quils
pourraient dresser un mur infranchissable face
au puissant courant dinnovation qui irrigue
cette industrie. Comment raliser des traits de
gravure de quelques nanomtres de largeur ?
Comment isoler efficacement des pistes lec-
triques avec des matriaux dont lpaisseur ne
dpasse pas quelques couches atomiques ?
Comment raliser des transistors dans lesquels
ne transite plus quune poigne dlectrons ?
Deux approches sont menes en parallle pour
surmonter ces obstacles :
-la voie top down : elle consiste pousser
jusqu ses limites extrmes la miniaturisation
du transistor MOS, dans la continuit des tra-
vaux des 40 dernires annes ;
-la voie bottom up : il sagit cette fois das-
sembler la matire atome par atome, pour
construire des molcules que lon intgre
ensuite dans des transistors dune conception
entirement nouvelle. Cette voie fait appel
des connaissances fondamentales de physique
et de chimie, disciplines laquelle la micro-
lectronique doit souvrir.
AU CARREFOUR DE LA PHYSIQUE ET DE LA CHIMIE,UN NOUVEAU DFI POUR LA MICROLECTRONIQUEAPPARAT ET SERA PORTEUR DE DCOUVERTES,DAPPLICATIONS ET DEMPLOIS.
PORTE OUVERTESUR LES NANOTECHNOLOGIAutre volution majeure, la microlec
va interfrer de plus en plus avec le mo
micro et nanosystmes : acclromt
airbags, vtements communicants,
camras permettant dintroduire dan
nisme un micro-camescope, biopuces
analyses biologiques, laboratoire dan
puce
Ces dispositifs associeront des capteu
puces, indispensables au traitement des
recueillies. Leur fabrication fera ncess
appel aux technologies microlectro
pour tenir les objectifs de miniaturisatcot. Un autre croisement de cultur
mtiers se prpare : celui entre lectro
systmes lchelle micro et nano.
PhotoDisc
Il est actuellement possible dassemblerla matire atome par atome, pourconstruire des transistors dune conceptentirement nouvelle.
Biochip LabPM.
Nanotube de carbone.
CEA
CEA
La nanolectronique