Version compacte - La page perso de philippe laporte
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Elaboration des circuits intégrés - HISTORIQUE • • • • • • • Histoire de la microélectronique - 1 Histoire de la microéléctronique Le marché des semiconducteurs Filières et densité d'intégration Evolution des technologies DRAM Le cycle du besoin au produit Qu'est-ce qu'une filière ? La vie d'une technologie • La microélectronique est née de deux innovations technologies: – Le transistor en tant que dispositif électronique élémentaire – L’intégration sur un même substrat de plusieurs transistors à la fois • Elle s’est imposée massivement pour deux raison : – L’augmentation de la densité d’intégration due aux progrès technologiques –La baisse des coûts de production liée au traitement simultané des puces. Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Histoire de la microélectronique - 4 Histoire de la microélectronique - 2 • • Le tube à vide: – 1906-1960 : période de l’hégémonie du tube – inconvénients: encombrement, forte consommation d’énergie, manque de fiabilité. • 1918 - Czochralski développe la croissance de cristaux à partir de liquide • 1928 - Invention du transistor à effet de champ par JE.Lilienfeld • Le transistor discret: Le circuit intégré: 1957 - Andrus applique la lithographie pour la fabrication des composants semi-conducteurs. - le masquage par oxyde à été développé par Frosch et Derrick - l’épitaxie, inventée par Sheftal et al. 1958 : invention du premier circuit intégré par Jack St Clair Kilby de TEXAS INSTRUMENT, incluant cinq composants. – 1947 - invention du transistor bipolaire par William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain des BELL LABS. 1959 : invention du premier transistor planaire par Jean Hoemi de FAIRCHILD SEMICONDUCTOR sur la base des jonctions PN. – 1954 – réalisation du premier transistor en silicium par Texas Instrument 1959 : réalisation du premier circuit intégré par Norbert Noyce de FAIRCHILD sur plaque de silicium. – 1955 - première calculatrice transistorisée comprenant 2000 transistors, créée par IBM (International Business Machines) – 1957 : 28 millions de transistors produits par les USA pour un chiffre d’affaire de 68 M$ 1963 : les composants CMOS (NMOS et PMOS) par Sah. Invention du SOS (Silicon On Sapphire) par North American Aviation (Boeing) par Harold Manasevit et William Simpson – inconvénients: multiplicité des connexions pour relier ensemble de grandes quantité de transistors. Encombrement des systèmes électroniques. 1998 industrialisation par IBM des circuits sur SOI. 1993 : interconnections par cuivre proposé par R.Paraszczak et al. Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés 1 Histoire de la microélectronique - 3 • Le marché des semiconducteurs La course à l’intégration: 1964 : MOORE prévoit que les circuits intégrés doubleraient en complexité tous les deux ans (loi de Moore) La complexité permettant de minimiser le coût des composants a été multipliée 1968 1 000 transistors chaque année à peu près par un facteur deux. On peut prévoir qu’à court terme 1972 10 000 transistors ce taux de croissance se maintiendra, ou même que la croissance sera plus rapide encore. A long terme, le taux de croissance est un peu plus incertain, 1978 100 000 transistors mais il n’y a aucune raison de croire qu’il ne se maintiendra pas pendant au 1984 1 000 000 transistors moins dix ans. Cela signifie qu’en 1975 le nombre de composants par circuit 1990 10 000 000 transistors in tégré permet tant de minimi ser le coût sera de 65 000. 1996 100 000 000 transistors 1961 : Le président KENNEDY lance le programme APOLLO nécessistant un ordinateur de 10 millions de composants, qui impose la puce. Le marché des puces décolle réellement avec la baisse de 50% par an de leur prix en raison de l’accroissement de production 1971 10 centimes par bit 1973 3 centimes par bit 1980 12 centimes les 1000 bits. 1967 : Robert Dennard invente la mémoire DRAM ( Dynamic Random Acces Memory) 1971 : Aannée de la conception du premier microprocesseur par M. Hoof de la société Intel. Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Les tendances du marché Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Le marché de la matière première Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés 2 Filières et densité d’intégration La loi de Moore Année de production 1995 1997 1999 2001 2004 2007 2010 2013 2016 Règle de dessin (nm) 350 247.5 175 123.7 87.5 61.9 ½ pas d’une DRAM (nm) 130 90 65 Longueur de grille (nm) 90 53 35 43.8 30.9 21.9 Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Le cycle du besoin au produit Après la loi de Moore More Than Moore : Diversification Besoin produit Analog/RF Technologie Modules de base Règle de dessin Identification filière traduction Etapes élémentaires Opérations élémentaires Equipements Matériaux SF ou IF Carnet de lot Caractéristiques électriques More Moore : Miniaturisation Densité d'intégration 130 nm 45 nm 32 nm 22 nm Puissance Capteurs Actuateurs Biopuces Interaction avec les personnes et l’environnement System-in-package (SIP) Non numérique 90nm 65 nm Passifs Traitement de l’information numérique System-onchip (SOC) 16 nm Fourniture du produit Beyond CMOS Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés 3 Qu’est-ce qu’une filière ? La vie d’une technologie Technologie (fonctions + constructions) Règles de dessin Caractéristiques électriques (performances) Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés Ph.LAPORTE Elaboration des Circuits Intégrés 4
