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Miniaturisation des transistors et agrandissement des wafers : comprendre les enjeux technologiques

1 : Introduction 2 : Finesse de gravure : signification et pertinence 3 : La pertinence du processus de fabrication 4 : Les limites des finesses définies par l’ITRS 5 : Miniaturisation et défis électriques 6 : Les règles de Dennard 7 : Solutions architecturales aux défis électriques 8 : Miniaturisation et défis lithographiques 9 : Le double motif, un passage obligé 10 : Miniaturisation et défis technologiques à venir 11 : Défis lithographiques à venir 12 : Diamètre et rendement des wafers 14 : Défis industriels du 450 mm

Défis économiques du 450 mm

Image 1 : Miniaturisation des transistors et agrandissement des wafers : comprendre les enjeux technologiquesPlus un wafer est grand, plus l’usine qui va l’utiliser coûte cher. Par exemple, un bâtiment acceuillant des galettes de 450 mm devrait demander environ 10 milliards de dollars (env. 8 milliards d’euros), selon les premières estimations, tandis qu’un bâtiment accueillant un wafer de 300 mm tourne en moyenne entre 3 milliards et 4 milliards de dollars (env. 2 et 3 milliards d’euros) et c’est sans compter sur les investissements en recherche et développement des équipementiers qui se situent entre 25 milliards de dollars et 30 milliards de dollars (env. 20 milliards d’euros et 24 milliards d’euros). Il est fréquent d’entendre des analystes affirmer que les fabricants de wafers et de machines n’ont pas encore amorti le passage au 300 mm qui a coûté « seulement » 11,6 milliards de dollars (env. 9 milliards d’euros) en recherche aux équipementiers, certains étant aujourd’hui en difficulté financière.


Les bénéfices surpassent les coûts


Les considérations économiques sont donc le principal argument ralentissant le passage à un wafer plus grand, car en plus des usines plus de deux fois plus chères, la transition technologique peut s’avérer douloureuse. On se souvient que le bond du 200 mm (8 pouces) vers le 300 mm (12 pouces) fut particulièrement difficile avec des machines mal calibrées, des yields extrêmement faibles et beaucoup d’argent perdu. Le wafer passant rarement entre des mains humaines, il est extrêmement important de disposer de machines correctement configurées, ce qui est loin d’être facile. Les plus optimistes estiment que les fondeurs ont tiré les enseignements de cette époque et que le passage au 450 mm (18 pouces) sera beaucoup plus simple, mais tout le monde n’en est pas convaincu.



L’augmentation de la taille d’un wafer entraine aussi une augmentation importante du coût d’un wafer variant entre 70 % lors de l’introduction de la nouvelle galette sur les chaînes de production à 30 % une fois que les procédés de fabrication ont mûri. Malgré cela, un wafer plus grand apporte une réduction du coût de production du die pouvant aller de 10 % à 50 %, en raison de l’augmentation de la surface disponible. Concrètement, selon les dernières estimations, le centimètre carré sur un wafer de 450 mm coûtera 26 % moins cher à Intel que sur un 300 mm, dès les premières années de production, et Samsung parle de 29 % d’économie pour ses mémoires Flash. Ces pourcentages, similaires à ceux observés lors de l’introduction du 300 mm, augmenteront au fil du temps. Dans tous les cas, l’industrie utilise toujours deux, voire trois tailles de wafers en même temps, toutes les usines ne migrant pas au même moment. On estime qu’une galette a une durée de vie moyenne de 24 ans.

Image 2 : Miniaturisation des transistors et agrandissement des wafers : comprendre les enjeux technologiquesLa demande est le moteur du passage au 450 mm

La demande toujours plus importante en NAND et DRAM et le fait que les fondeurs aient maximisé les rendements et obtiennent aujourd’hui des yields de 90 % plus facilement obligent les acteurs à considérer le 450 mm. En effet, il est plus difficile de satisfaire la demande, le 300 mm commençant à montrer ses limites et une galette plus grande est le seul moyen d’accroître sa production et fabriquer plus rapidement afin de baisser les prix, le passage à une nouvelle finesse de gravure n’étant pas suffisant pour répondre aux exigences du marché.

Si l’arrivée du 450 nm devait avoir lieu plus tard que prévue puisque l’on parle maintenant de 2015 au lieu de 2012 auparavant, les divisions entre les deux camps s’estompent, surtout depuis que les prix des usines 300 mm augmentent, rendant les bâtiments 450 mm plus attrayants.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Finesse de gravure : signification et pertinence
  3. La pertinence du processus de fabrication
  4. Les limites des finesses définies par l’ITRS
  5. Miniaturisation et défis électriques
  6. Les règles de Dennard
  7. Solutions architecturales aux défis électriques
  8. Miniaturisation et défis lithographiques
  9. Le double motif, un passage obligé
  10. Miniaturisation et défis technologiques à venir
  11. Défis lithographiques à venir
  12. Diamètre et rendement des wafers
  13. Défis économiques du 450 mm
  14. Défis industriels du 450 mm