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7/30/2019 livret_microlectronique.pdf

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> 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


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> INTRODUC


> 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.


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 (


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> 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


DenisDuret/CEA

La rvolutiontechnologique

LOI DE MOORE


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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


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> UN PEU DHISTO


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...


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> UN PEU DHISTO


> 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


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Lhistoire de la microlectronique en quelques dates.


> 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


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> COMMENT FABRIQUE-T-ON LES CIRCUITS INTG


> 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


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> COMMENT FABRIQUE-T-ON LES CIRCUITS INTG


> 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


10/10

> LA NANOLECTRON


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

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