Version compacte - La page perso de philippe laporte

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Ph.LAPORTE
Elaboration des Circuits Intégrés
Elaboration des circuits intégrés
- HISTORIQUE -
•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
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Elaboration des Circuits Intégrés
Histoire de la microélectronique - 1
•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.
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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:
–1947 - invention du transistor bipolaire par William Shockley, John Bardeen et Walter Brattain des BELL LABS.
–1954 – réalisation du premier transistor en silicium par Texas Instrument
–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$
–inconvénients: multiplicité des connexions pour relier ensemble de grandes quantité de transistors. Encombrement des
systèmes électroniques.
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Histoire de la microélectronique - 4
•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.
1959 : invention du premier transistor planaire par Jean Hoemi de FAIRCHILD SEMICONDUCTOR sur la
base des jonctions PN.
1959 : réalisation du premier circuit intégré par Norbert Noyce de FAIRCHILD sur plaque de silicium.
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
1998 industrialisation par IBM des circuits sur SOI.
1993 : interconnections par cuivre proposé par R.Paraszczak et al.

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Histoire de la microélectronique - 3
•La course à l’intégration:
1964 : MOORE prévoit que les circuits intégrés doubleraient en complexité tous les deux
ans (loi de Moore)
1968 1 000 transistors
1972 10 000 transistors
1978 100 000 transistors
1984 1 000 000 transistors
1990 10 000 000 transistors
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.
La complexité permettant de minimiser le coût des composants a été multipliée
chaque année à peu près par un facteur deux. On peut prévoir qu’à court terme
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,
mais il n’y a aucune raison de croire qu’il ne se maintiendra pas pendant au
moins dix ans. Cela signifie qu’en 1975 le nombre de composants par circuit
in tégré permet tant de minimi ser le coût sera de 65 000.
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Le marché des semiconducteurs
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Elaboration des Circuits Intégrés
Les tendances du marché
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Elaboration des Circuits Intégrés
Le marché de la matière première

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Filières et densité d’intégration
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 43.8 30.9 21.9
½ pas d’une DRAM (nm) 130 90 65
Longueur de grille (nm) 90 53 35
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La loi de Moore
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Le cycle du besoin au produit
Technologie Modules de base Règle de dessin Caractéristiques électriques
traduction
Equipements
Matériaux
SF ou IF
Fourniture du produit
Carnet de lot
Etapes élémentaires
Opérations élémentaires
Identification filière
Densité d'intégration
Besoin produit
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Après la loi de Moore
130 nm
90nm
65 nm
45 nm
32 nm
22 nm
16 nm
Analog/RF Passifs Puissance Capteurs
Actuateurs Biopuces
More Than Moore : Diversification
More Moore : Miniaturisation
Traitement de
l’information
numérique
System-on-
chip (SOC)
Interaction avec les personnes et l’environnement
System-in-package (SIP)
Non numérique
Beyond CMOS

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Elaboration des Circuits Intégrés
Qu’est-ce qu’une filière ?
Technologie (fonctions + constructions)
Règles de dessin
Caractéristiques électriques (performances)
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La vie d’une technologie