MICROPROCESSEURSGravure à 0,25 micron : les puces complexes arriventLa technologie de fabrication 0,25 micromètre permet d'obtenir des puces plus rapides et moins gourmandes en énergie. Les géants du micro-processeur, Intel et Motorola, sont les premiers à répondre présent.

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MICROPROCESSEURS

Gravure à 0,25 micron : les puces complexes arrivent

La technologie de fabrication 0,25 micromètre permet d'obtenir des puces plus rapides et moins gourmandes en énergie. Les géants du micro-processeur, Intel et Motorola, sont les premiers à répondre présent.



Quatre cents fois moins épaisse qu'un cheveu, soit 0,25 micromètre (µm), c'est la largeur du trait de gravure permise par la toute dernière technologie de fabrication des puces électroniques. Et les deux grands du microprocesseur, Intel et Motorola, viennent d'annoncer leurs premiers produits commerciaux utilisant cette technologie. La société dirigée par Andrew Grove a lancé son Mobile Pentium (nom de code, Tillamook) le 8 septembre, tandis que le géant d'Austin, associé à IBM, l'a précédée en juin avec un PowerPC 604e cadencé à 250 mégahertz (MHz) et a récidivé en août avec un processeur tournant à 350 MHz. Cette technologie 0,25 µm est en train de créer deux écoles chez les fabricants de semi-conducteurs. D'un côté, ceux qui vont pouvoir intégrer plus de fonctions sur une seule puce, de l'autre, ceux qui, à fonctionnalités égales, vont réduire la taille de leurs composants tout en augmentant leur vitesse d'horloge. Car il s'agit plus que d'une simple diminution des dimensions par rapport à l'étape précédente à 0,35 µm. Les fabricants de semi-conducteurs ont peaufiné leurs technologies de fabrication afin d'attaquer de nouveaux marchés ou de conforter leur avance dans leurs marchés traditionnels. L'industrie des mémoires a été la première à s'approprier le 0,25 µm, dès que sa faisabilité a été démontrée. Mais une mémoire Dram est constituée de motifs répétitifs, qu'il n'est pas très complexe de dupliquer une fois que la première cellule a été conçue.

Des fréquences qui frôlent les 400 MHz

Déjà, en juin 1995, IBM, Siemens et Toshiba annonçaient une mémoire de 256 mégabits (Mbits) réalisée en technologie 0,25 µm CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon). Pour les circuits complexes, il en va un peu différemment, et, bien que les constructeurs aient prouvé l'an dernier la faisabilité de leurs filières, c'est seulement aujourd'hui que les premières puces complexes entrent réellement en production. La réduction de la densité de 0,35 à 0,25 µm permet d'obtenir des puces plus denses, dont les éléments constitutifs communiquent donc plus vite entre eux. C'est une simple question de physique ; les électrons se déplacent simplement plus rapidement. " Pour des microprocesseurs semblables, mais conçus l'un en 0,35 et l'autre en 0,25 µm, la fréquence est une fois et demie plus élevée dans le second cas ", souligne Pierre Mirjolet, directeur du marketing pour l'Europe d'Intel. Il est ainsi possible d'arriver à des fréquences frôlant les 400 MHz. Motorola annonce ainsi 350 MHz pour le PowerPC 604e, et AMD, challenger d'Intel, entend mettre sur le marché début 1998 un K6 cadencé à 300 MHz. Fréquence élevée rime avec consommation élevée. Et les microprocesseurs sont de plus en plus dépensiers, thermiquement. Or, si des serveurs de réseaux ou même des PC peuvent se permettre de dissiper plusieurs dizaines de watts, il n'en va pas de même pour les " notebooks " ou les assistants personnels, pour lesquels - régime oblige - chaque joule est compté. Le passage au 0,25 µm est justement l'occasion de descendre encore la tension d'alimentation des puces, donc de réduire leur consommation. Les Mobile Pentium, cadencés à 200 et 233 MHz, consomment respectivement 3,4 et 3,9 W. Ils dissipent moitié moins d'énergie que ceux construits en technologie 0,35 µm, pour une fréquence d'horloge 40 % plus élevée. La tension d'alimentation du coeur est de 1,8V, au lieu de 2,45 V. C'est la même tension que l'on retrouve pour le PowerPC 604e de Motorola. L'un des objectifs, au tournant du siècle, est de passer la barre mythique du volt, tout en gardant les mêmes performances. Ces avantages du 0,25 µm conduisent les sociétés à décliner des stratégies différentes. Ainsi, Motorola fait monter ses microprocesseurs en fréquence, et donc en puissance de traitement. Intel privilégie la faible consommation. Quant à SGS-Thomson, sa préférence va vers une plus grande intégration des fonctions. Motorola et IBM veulent de la puissance pour équiper les prochaines générations de stations de travail consacrées au multimédia et aux applications graphiques, mais aussi les serveurs sur le marché convoité des réseaux d'entreprise. Intel n'oublie pas ce marché de haut de gamme. La société de Santa Clara a dans ses cartons des Pentium II à 350 et 450 MHz. Mais il faudra patienter jusqu'à l'année prochaine pour les voir sur le marché. Pour l'instant, ce qui intéresse Intel, ce sont les " notebooks ". Les processeurs Tillamook cadencés à 200 et 233 MHz sont là pour occuper le terrain. Leur consommation très basse par rapport à des processeurs Pentium classiques les autorise à prétendre à une marche du podium sur un marché de plusieurs dizaines de millions d'unités. Tout en offrant des capacités de traitement élevées, et notamment les fonctions multi-médias MMX annoncées en tout début d'année. " Nous apportons ainsi aux utilisateurs de PC portables une plus grande autonomie tout en leur proposant les fonctionnalités et les caractéristiques d'un PC classique ", assure Stephen Nacht-sheim, vice-président et directeur général de la division " portables et mobiles " d'Intel. Afin de s'imposer sur ce marché, novembre devrait voir apparaître des processeurs moins gourmands en énergie, pour attaquer les " mini-notebooks ". En attendant les appareils d'entrée de gamme Un composant GSM tenant sur une seule puce, ou bien un décodeur complet ou encore un processeur DVD : du côté du franco-italien SGS-Thomson, ce sont les " systems on a chip " qui sont visés. Sa filière 0,25 µm a été développée conjointement avec le Cnet à Crolles, près de Grenoble. D'autres fabricants, comme VLSI Technology, lui emboîtent le pas. La technologie de production choisie est le CMOS, qui est celle de la plupart des composants logiques. Elle n'avait jusqu'à présent qu'un seul inconvénient, sa relative lenteur par rapport à d'autres technologies de transistors, comme le " bipolaire ", beaucoup plus rapide. " Mais le processus de fabrication CMOS est beaucoup plus simple à mettre en oeuvre ", assure Bill Riley, directeur chez Intel en Irlande, où la société vient de construire sa deuxième unité européenne. Le CMOS est aussi beaucoup moins cher. Et c'est là qu'intervient le 0,25 µm, qui permet de monter en fréquence grâce à la vitesse de communication accrue entre transistors. Ce choix évite ainsi d'avoir sur la même puce des transistors bipolaires et des transistors CMOS, ces derniers servant à la production des mémoires et des éléments logiques plus lents. L'inconvénient majeur eût été de multiplier les étapes de fabrication.

Deux enjeux : la gravure et le polissage

En termes d'équipements de production, le changement de technologie ne se fait pas impunément. A la grande joie des fabricants d'équipements, qui voient leurs carnets de commandes grimper. " En 1999, environ 70 % de la capacité de production de microprocesseurs se fera en technologie 0,25 µm, prédit-on chez Intel. C'est bien plus rapide que ce que l'on a connu. " Selon International Fabs on Disk, le taux de capacité installé en 0,25 µm ne serait à l'heure actuelle que de 6,2 % de l'ensemble, contre 33,5 % pour la technologie 0,35 µm. Deux types d'équipements sont particulièrement concernés par le passage au 0,25 µm : la gravure et le polissage des plaquettes insolées. La résolution nécessaire à la photolithographie, qui permet la gravure des éléments d'une puce, a nécessité un changement de technologie. En effet, pour tracer des motifs de 0,25 µm et en deçà, les longueurs d'ondes nécessaires sont celles des ultraviolets " profonds ". La complexité des circuits augmentant, il est nécessaire de prévoir des niveaux de métallisation supplémentaires. Ils assurent une fonction de blindage et de protection. En production, la difficulté est de s'assurer de l'état du polissage d'une plaquette de silicium entre deux étapes de gravure. Le polissage se fait par procédé mécanochimique et devient un élément important dans le processus, qui peut comprendre jusqu'à six niveaux de métallisation. Déjà, alors même que les premières puces sortent, les grands du semi-conducteur se penchent sur l'étape suivante, le 0,18 µm. Pour laquelle SGS-Thomson et Texas Instruments annoncent déjà des produits opérationnels.



Intel invente l'usine " clonée "

Avec des technologies de production de plus en plus complexes, plus question de laisser chaque unité de fabrication faire à sa guise. C'est la nouvelle philosophie d'Intel, mise au point à l'occasion des premières puces réalisées en technologie 0,25 micromètre. Elle a pour nom explicite " Copy exactly !". Les unités peuvent se trouver en Irlande, au Texas ou partout ailleurs dans le monde, elles doivent toutes fonctionner exactement de la même manière. Les directeurs de production, les ingénieurs de conception se rencontrent régulièrement, décident ensemble des évolutions et les valident simultanément. Tous les changements sont appliqués en même temps dans toutes les unités attachées à la même production. Cela n'empêche pas chacun de travailler de son côté au développement de son outil de fabrication. Seule la validation est consensuelle.



USINE NOUVELLE N°2608

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