{"id":10120,"date":"2014-12-26T08:48:47","date_gmt":"2014-12-26T06:48:47","guid":{"rendered":"http:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=10120"},"modified":"2014-12-29T10:25:20","modified_gmt":"2014-12-29T08:25:20","slug":"decouverte-fab-stmicroelectronics-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2014\/decouverte-fab-stmicroelectronics-2\/","title":{"rendered":"A la d\u00e9couverte de la &#8220;fab&#8221; chez STMicroelectronics : 2"},"content":{"rendered":"<p>Apr\u00e8s l\u2019introduction sur le <a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2014\/decouverte-fab-stmicroelectronics-1\/\">secteur fran\u00e7ais des semi-conducteurs<\/a> Voici la seconde partie du compte-rendu d\u2019une visite au c\u0153ur de l\u2019une des usines les plus modernes de France : les unit\u00e9s de production de Crolles et Grenoble de STMicroelectronics. Nous allons ici d\u00e9couvrir les processus de fabrication de chipsets de la Fab 300, l\u2019une des deux les plus modernes d\u2019Europe. L\u2019autre fab 300 mm d\u2019Europe est \u00e0 Dresde en Allemagne et appartient \u00e0 Global Foundries.<\/p>\n<p><strong>La Fab 300 de Crolles<\/strong><\/p>\n<p>Aujourd\u2019hui, la fab 300 de Crolles produit des wafers de 300 mm de diam\u00e8tres en technologie 28 nm classiques \u201cbulk\u201d ou en FD-SOI. Il n\u2019y a qu\u2019une quinzaine de fabs de ce type dans le monde !<\/p>\n<p>Elle produit aussi des capteurs CMOS avec des pixels de 1,4microns et en back-side illumination (BSI, qui am\u00e9liore la sensibilit\u00e9). Est aussi test\u00e9e la production de wafers de 300 mm en technologie 14 nm et en FD-SOI, avec un objectif de lancer les premi\u00e8res productions commerciales en 2015. Elle produit aussi des BiCMOS (Bipolar CMOS) en technologie 55 nm, utilis\u00e9s pour des composants associant analogique et num\u00e9rique. <span style=\"font-weight: normal;\">Dans le secteur automobile, ils pr\u00e9parent des micro-contr\u00f4leurs avec des m\u00e9moires Flash NOR en 55nm et 40 nm et envisagent de sortir des versions 28 nm. Bref, la production y est tr\u00e8s diversifi\u00e9e. Si le point commun sont les wafers de 300 mm, le niveau d\u2019int\u00e9gration est variable selon les produits.<\/span><\/p>\n<p>J\u2019ai eu la chance de pouvoir visiter la salle blanche de cette fab de l\u2019int\u00e9rieur et de voir de pr\u00e8s chaque machine en production ! D\u2019habitude, on visite les fabs de l\u2019ext\u00e9rieur, au travers d\u2019une vitre qui ne permet d\u2019en voir qu\u2019un bout, ce qui se pratique dans la Fab 200, plus ancienne.<\/p>\n<p>Quand on rentre dans cette fab, on passe par une salle d\u2019habillement pour enfiler des surchausses, une combinaison bleue, une autre couche de surchaussures, des gants, puis un masque et des lunettes. Le temps d\u2019habillage est de 5 minutes pour un n\u00e9ophyte et d\u2019une minute pour les habitu\u00e9s. Avant de rentrer dans la salle blanche, on passe par une douche \u00e0 air horizontale. On trouve aussi des douches \u00e0 eau dans la fab pour raison de s\u00e9curit\u00e9 du fait des produits chimiques utilis\u00e9s dans les machines. Les combinaisons bleues sont lav\u00e9es apr\u00e8s chaque usage chez un sous-traitant.<\/p>\n<p>Pour m\u00e9moire, les photos y sont interdites, donc les photos qui suivent sont soit prises en ext\u00e9rieur soit des photos de mat\u00e9riel et de proc\u00e9d\u00e9s r\u00e9cup\u00e9r\u00e9es sur Internet.<\/p>\n<div class='pfimgcont' id = 'pfimg-pfs1' style='background-color:transparent;border-color:transparent;'><div class=\"flowimgcont\" style=\"margin-left:3px;margin-right:3px;text-align:left;;\"><div class=\"flowimgone imgdescm flownoborder\" style=\"width:614px;height:320px;line-height:0;\"><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/photos\/?g=2014&amp;a=ST%20Microelectronics%20Crolles%20et%20Grenoble%20Dec2014&amp;o=Crolles%20%285%29.jpg&amp;dm=on\" target='_blank'><img decoding=\"async\" class='flowimg' src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/photo-albums\/2014\/ST%20Microelectronics%20Crolles%20et%20Grenoble%20Dec2014\/Crolles%20%285%29.jpg?ts=1417885804\" style=\"width:614px;height:320px;margin-top:0px !important;line-height:0;\" alt='flow'  ><\/a><\/div><br><div   style=\"width: 614px;margin-bottom:14px;\"  class=\"flowimgt imgdescm\" ><div class='imgdescs flowdesc' title=\"Les deux fabs de Crolles pr&egrave;s de Grenoble avec &agrave; gauche la Fab 200 et &agrave; droite la Fab 300. Les b&acirc;timents en fa&ccedil;ade sont les bureaux, les Fabs se trouvent derri&egrave;re sous la partie des b&acirc;timent qui est plus haute.\">Les deux fabs de Crolles pr\u00e8s de Grenoble avec \u00e0 gauche la Fab 200 et \u00e0 droite la Fab 300. Les b\u00e2timents en fa\u00e7ade sont les bureaux, les Fabs se trouvent derri\u00e8re sous la partie des b\u00e2timent qui est plus haute.<\/div><div class='detaileddesc imgdescd'><\/div><\/div><\/div><\/div><script>$(document).ready( function() { pfnavw.pfslug = \"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/photo-albums\";pfnavw.pfslugc = \"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/photo-cache\";pfnavw.st = \"\";pfnavw.pfplug = \"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/photos\/\";pfnavw.nbrimg['pfs1'] = 2;pfnavw.istouch = false;pfnavw.issmart = false;pfnavw.imgcont['pfs1'] = 'flowimgcont';pfnavw.isadmin = 0;pfnavw.pfpluginurl  = \"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/plugins\/photo-folders\/\";$('.pftexthi').css('color', '#2580a2');});<\/script>\n<p>Cette salle blanche est de niveau 100 alors que la fab 200 \u00e9tait de niveau 1. Plus le chiffre est bas, plus elle est \u201cpropre\u201d, puisqu\u2019il indique le nombre de particules par volume de r\u00e9f\u00e9rence. La fab la plus r\u00e9cente est moins exigeante en propret\u00e9 car les wafers circulent dans des boites qui ne s\u2019ouvrent que dans les machines en production.<\/p>\n<p>Les photos y sont interdites tout comme les smartphones. Les \u00e9quipes utilisent des t\u00e9l\u00e9phones sp\u00e9ciaux pour communiquer entre elles et avec l\u2019ext\u00e9rieur. On peut s\u2019\u00e9quiper d\u2019un bloc note et d\u2019un stylo qui sont compatibles avec les salles blanches, le papier \u00e9tant visiblement r\u00e9alis\u00e9 avec un rev\u00eatement \u00e9vitant la cr\u00e9ation de pelures.<\/p>\n<p>100 personnes travaillent dans la fab simultan\u00e9ment et en \u00e9quipes post\u00e9es, en 3&#215;8 dans la semaine et en 2&#215;12 le week-end. Ce qui donne un effectif total d\u2019environ 500 personnes, compl\u00e9t\u00e9 par 200 personnes en support. Ces \u00e9quipes pilotent surtout les machines de tests de qualit\u00e9, le contr\u00f4le de production, le traitement des pannes et la maintenance pr\u00e9ventive. La fab elle-m\u00eame est quasiment enti\u00e8rement automatique. Les personnels de la fab sont surtout des techniciens Bac+2\/3. Ils sont form\u00e9s sur place car aucune \u00e9cole ne dispose du mat\u00e9riel de la fab, la machine la moins ch\u00e8re coutant des millions de dollars. Ils ont surtout besoin d\u2019avoir la t\u00eate bien faite.<\/p>\n<p>L\u2019immeuble de la fab fait quatre niveaux :<\/p>\n<ul>\n<li>Les deux premiers niveaux sont d\u00e9di\u00e9s \u00e0 l\u2019arriv\u00e9e et sortie des fluides dans les machines et \u00e0 certaines parties des machines de production qui n\u2019ont pas besoin d\u2019\u00eatre en salle blanche comme les lasers des machines de lithographie par ultraviolet ou les pompes et \u00e9quipements qui fonctionnent sous vide. Les bouteilles de gaz sont stock\u00e9es en ext\u00e9rieur ce qui est plus facile pour la s\u00e9curit\u00e9 et pour l\u2019approvisionnement. Quels sont les fluides utilis\u00e9s ? Il y a de l\u2019eau distill\u00e9e et d\u00e9sionis\u00e9e, du trifluorure d\u2019azote pur (NF3), divers acides, de l\u2019oxyg\u00e8ne, de l\u2019hydrog\u00e8ne, de l\u2019azote, de l\u2019argon, des sulfates divers dont du sulfate de cuivre pour la m\u00e9tallisation. Les eaux us\u00e9es sont soigneusement neutralis\u00e9es dans une station de traitement avant d\u2019\u00eatre \u00e9vacu\u00e9es dans l\u2019Is\u00e8re qui passe juste \u00e0 c\u00f4t\u00e9.<\/li>\n<li>Le niveau de la fab ne comprend pas de piliers et est couverte d\u2019un grand toit \u00e0 longue port\u00e9e. Cela permet d\u2019avoir plus de marge de man\u0153uvre dans le placement des machines qui font parfois jusqu\u2019\u00e0 3&#215;6 m\u00e8tres au sol et jusqu\u2019\u00e0 9 tonnes. L\u2019installation de chaque machine de production est tr\u00e8s complexe et couteux du fait de l\u2019installation des nombreux syst\u00e8mes d\u2019alimentation en fluides, gaz et \u00e9lectricit\u00e9. Une fois install\u00e9es, on ne bouge plus les machines ! Elles sont riv\u00e9es au sol avec un d\u00e9dale de tuyaux qui les relient aux niveaux inf\u00e9rieurs !<\/li>\n<li>Le dernier niveau contient les \u00e9quipements techniques de la climatisation et du filtrage de l\u2019air, un air qui est constamment renouvel\u00e9 dans la salle blanche.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Les plaquettes de silicium arrivent soit de SOITEC juste \u00e0 c\u00f4t\u00e9 (Bernin) quand il s\u2019agit de produire des chipsets en technologie FD-SOI, soit de fabriquants japonais, allemand ou am\u00e9ricains.<\/p>\n<p>Ces wafers sont fabriqu\u00e9s par croissance cristalline dans d\u2019\u00e9normes machines faisant jusqu\u2019\u00e0 12 m\u00e8tres de haut qui utilisent le processus de <strong>Czochralski <\/strong>et fonctionnent \u00e0 une temp\u00e9rature de 1420 \u00b0C. Le silicium monocristallin a \u00e9t\u00e9 lui-m\u00eame raffin\u00e9 dans un purificateur industriel (une sorte d\u2019alambic) \u00e0 partir de silicium extrait de sable de quartz par pyrolyse. Le sable de quartz utilis\u00e9 est bien plus pur en silicium que le sable de construction qui vient des mers et des plages. Celui qui sert \u00e0 fabriquer les wafers provient de mines de quartz situ\u00e9es dans quelques pays et notamment en Norv\u00e8ge et aux USA.<\/p>\n<p>Dans la fab, les wafers circulent dans des boites de 25. Ils sont en plastique opaque aux ultraviolets et leur socle est en mat\u00e9riau composite int\u00e9grant plastique et fibre de carbone. Ils ne comportent aucune partie m\u00e9tallique, \u00e9vitant toute contamination m\u00e9tallique et assurant une parfaite isolation \u00e9lectrostatique. La porte d\u2019acc\u00e8s aux wafers est con\u00e7ue de mani\u00e8re standardis\u00e9e pour \u00eatre op\u00e9r\u00e9e par les machines de production. Ces boites sont r\u00e9guli\u00e8rement lav\u00e9es pour \u00e9viter les contaminations. Leur couleur est jaune pour les \u00e9tapes de m\u00e9tallisation car le cuivre est un contaminant \u00e0 \u00e9viter dans les autres \u00e9tapes. Les pods sont marqu\u00e9s avec des tags RFID pour assurer leur tra\u00e7abilit\u00e9 dans le processus de fabrication.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/ENTEGRIS-F300-AutoPods.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"ENTEGRIS F300 AutoPods\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/ENTEGRIS-F300-AutoPods_thumb.jpg\" alt=\"ENTEGRIS F300 AutoPods\" width=\"410\" height=\"308\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Ces pods circulent dans la fab gr\u00e2ce \u00e0 des convoyeurs robotis\u00e9s situ\u00e9s au plafond et install\u00e9s en 2007. Ils posent les boites de plaquettes (wafers) sur les machines gr\u00e2ce \u00e0 un syst\u00e8me de support vertical qui se d\u00e9ploie sur cinq m\u00e8tres de hauteur. La circulation des lots de production est automatis\u00e9e comme dans toutes les lignes de fab avanc\u00e9es dans le monde. Auparavant, les wafers circulaient sur des robots roulant \u00e0 m\u00eame le sol mais n\u00e9cessitaient une manipulation avec des op\u00e9rateurs.<\/p>\n<p>Le syst\u00e8me de convoyage s\u2019appuie sur de petites zones de stockage de pods situ\u00e9es au plafond et r\u00e9parties dans toute la fab. Elles permettent d\u2019optimiser le chemin parcouru par les boites d\u2019une machine \u00e0 l\u2019autre. Les robots de convoyage sont capables de ranger les pods lat\u00e9ralement sur les zones de stockage \u00e0 partir de leur rail. Ces pods bougent beaucoup car les process sont r\u00e9p\u00e9titifs et passent par plusieurs machines de r\u00f4les diff\u00e9rents qui sont regroup\u00e9e dans la fab.<\/p>\n<p>Les robots de convoyage sont fiables \u00e0 99,99%. Des \u00e9quipes de maintenance sont pr\u00eates \u00e0 r\u00e9parer rapidement l\u2019installation. Une panne peut bloquer toute la fab et couter tr\u00e8s cher ! Elle ne doit jamais s\u2019arr\u00eater, un peu comme dans une aci\u00e9rie. Vraiment jamais, pas m\u00eame le jour de l\u2019an et le 1ier mai ! Donc 24h sur 24, 7 jours sur 7, 52 semaines sur 52.<\/p>\n<p>Le processus de fabrication d\u2019un semi-conducteur repose sur l\u2019enchainement d\u2019\u00e9tapes successives :<\/p>\n<ul>\n<li>De la <strong>photo-lithogravure <\/strong>par ultraviolet qui consiste \u00e0 exposer la surface du silicium recouverte d\u2019une r\u00e9side photosensible avec de la lumi\u00e8re ultraviolette au travers de masques. Les zones expos\u00e9es sont ensuite attaqu\u00e9es chimiquement pour mettre \u00e0 nu la partie du silicium qui a \u00e9t\u00e9 expos\u00e9e aux UV.<\/li>\n<li>Le silicium mis \u00e0 nu est ensuite attaqu\u00e9 par <strong>bombardement de plasma <\/strong>pour y creuser des trous de profondeur contr\u00f4l\u00e9e, de quelques nanom\u00e8tres en g\u00e9n\u00e9ral.<\/li>\n<li>Il est aussi <strong>bombard\u00e9 d\u2019ions <\/strong>pour y d\u00e9poser des dopants (silicium + phosphore pour le dopage n\u00e9gatif\u00a0 \u201cN\u201d ou silicium + bore pour le dopage positif \u201cP\u201d) qui serviront \u00e0 cr\u00e9er les zones actives des transistors. Ces dopants seront positionn\u00e9s dans les zones mises \u00e0 nu par la lithographie, qu\u2019ils s\u2019agisse de trous ou non.<\/li>\n<li>Une fois les transistors cr\u00e9\u00e9s, on passe aux \u00e9tapes de <strong>m\u00e9tallisation <\/strong>qui consistent \u00e0 ajouter, toujours via la photogravure, des couches de connexions en cuivre s\u00e9par\u00e9es par de l\u2019isolant pour relier les transistors entre eux. Le m\u00e9tal est aussi d\u00e9pos\u00e9 en phase gazeuse, sous atmosph\u00e8re d\u2019argon. Il peut y avoir jusqu\u2019\u00e0 une dizaine de couches de m\u00e9tallisation. Les couches m\u00e9tal sont en cuivre ou en aluminium. Elles sont num\u00e9rot\u00e9es M1 \u00e0 M10 (<em>ci-dessous<\/em>) et la gravure est moins fine quand on s\u2019\u00e9loigne de la couche des transistors (thin box).<\/li>\n<\/ul>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Couches-metal.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Couches metal\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Couches-metal_thumb.jpg\" alt=\"Couches metal\" width=\"435\" height=\"320\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Il y a jusqu\u2019\u00e0 50 masques de photo-lithogravure utilis\u00e9s pour fabriquer un circuit int\u00e9gr\u00e9 et plus de 300 \u00e9tapes dans le processus de fabrication. Le rendement de ces machines varie d\u2019une \u00e9tape du processus \u00e0 l\u2019autre. Elles sont donc d\u00e9multipli\u00e9es en un nombre qui d\u00e9pend de ce rendement.<\/p>\n<p>Pour b\u00e9n\u00e9ficier d\u2019une vulgarisation de premier niveau sur les circuits int\u00e9gr\u00e9s et le fonctionnement des transistors, vous pouvez visionner <a href=\"https:\/\/www.youtube.com\/watch?v=oq6Ol550K3w\">cet \u00e9pisode<\/a> de \u201cC\u2019est pas sorcier\u201d qui date de quelques ann\u00e9es, \u00e0 l\u2019\u00e9poque o\u00f9 la gravure se faisait en 90 nm mais d\u00e9j\u00e0 sur wafers de 300 mm.<\/p>\n<p>Reprenons chacune de ces \u00e9tapes en commen\u00e7ant par la <strong>photo-lithogravure<\/strong>.<\/p>\n<p>Elle est r\u00e9alis\u00e9e avec des machines provenant du leader mondial <strong>ASML<\/strong>, un constructeur hollandais. Ce sont les plus gros et les plus couteux \u2018engins\u2019 de cette fab. Ils peuvent co\u00fbter jusqu\u2019\u00e0 $70m, soit le prix catalogue d\u2019un <a href=\"http:\/\/www.airbus.com\/presscentre\/pressreleases\/press-release-detail\/detail\/new-airbus-aircraft-list-prices-for-2014\/\">Airbus A318<\/a>.<\/p>\n<p>Il y a des \u201cdry scanners\u201d qui gravent jusqu\u2019\u00e0 une densit\u00e9 de 55 nm. A partir de 45 nm, la diffraction des UV dans l\u2019air n\u00e9cessite d\u2019ins\u00e9rer une couche d\u2019eau entre le wafer et l\u2019optique pour r\u00e9duire l\u2019indice de diffraction. Cela fonctionne avec un m\u00e9nisque d\u2019eau situ\u00e9 entre la lentille et le wafer. Toutes les gravures ne se font pas en immersion dans ces \u201cimmersion scanners\u201d pour un circuit donn\u00e9. Environ un tiers le sont.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/ASML-Twinscan-1250.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"ASML Twinscan 1250\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/ASML-Twinscan-1250_thumb.jpg\" alt=\"ASML Twinscan 1250\" width=\"440\" height=\"315\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Dans ces machines, l\u2019alignement est une \u00e9tape cl\u00e9. Il faut aligner le wafer et l\u2019optique \u00e0 2 nm pr\u00e8s pour que la couche n+1 soit parfaitement align\u00e9e avec la couche n. L\u2019alignement et le flashage UV sont r\u00e9alis\u00e9s par blocs rectangulaires de quatre chipsets. L\u2019alignement est v\u00e9rifi\u00e9 par cam\u00e9ra et r\u00e9alis\u00e9 en 0,5s. Dans un wafer d\u2019environ 1000 chipsets, il y a donc 250 alignements et flashages \u00e0 faire. Comme les deux sont r\u00e9alis\u00e9s en parall\u00e8le et qu\u2019ils durent 0,5 secondes, on aboutit \u00e0 un d\u00e9bit d\u2019environ un flashage complet de wafer en un peu plus d\u2019une minute (50 par heure).<\/p>\n<p>En amont de ce flashage a lieu le d\u00e9p\u00f4t de la r\u00e9sine photosensible. Elle est \u00e9tal\u00e9e sur le wafer par centrifugation. Apr\u00e8s le flashage, la r\u00e9sine expos\u00e9e est enlev\u00e9e par attaque chimique.<\/p>\n<p>Les masques de flashage sont r\u00e9alis\u00e9s avec un facteur d\u2019agrandissement de x4. Comment sont-ils ? Ils sont produits eux-m\u00eames avec une technique de lithogravure par exposition \u00e0 un faisceau d\u2019\u00e9lectrons sur une r\u00e9sine photosensible dans des usines sp\u00e9cialis\u00e9es en Europe, aux USA et au Japon. Avec de grosses machines \u00e9galement !<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Mask-production.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Mask production\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Mask-production_thumb.jpg\" alt=\"Mask production\" width=\"500\" height=\"221\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Il nous faut ici \u00e9voquer deux techniques cl\u00e9s qui permettent de descendre dans le niveau d\u2019int\u00e9gration de la gravure : l\u2019OPC et le multi-patterning. Elles sont utiles lorsque l\u2019on atteint 28 nm et en de\u00e7\u00e0.<\/p>\n<p>Le <strong>multi-patterning<\/strong> consiste \u00e0 graver en gros une ligne sur deux (voire sur trois) en deux fois pour \u00e9viter les recouvrements intempestifs. Il est tr\u00e8s utilis\u00e9 par Intel pour la gravure en 22 et 14 nm. Mais cela double le temps de gravure !<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Multipatterning.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Multipatterning\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Multipatterning_thumb.jpg\" alt=\"Multipatterning\" width=\"447\" height=\"216\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>L\u2019<strong>OPC <\/strong>(Optical Proximity Correction) consiste \u00e0 optimiser le dessin de gravure en tenant compte de la diffraction optique qui arrondit les angles. Le dessin envoy\u00e9 en gravure est r\u00e9alis\u00e9 selon le trac\u00e9 vert dans l\u2019exemple ci-dessous pour que les angles soient bien nets dans la gravure finale.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/OPC.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"OPC\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/OPC_thumb.jpg\" alt=\"OPC\" width=\"418\" height=\"242\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>La partie de la fab qui h\u00e9berge ces machines de litho est sous lumi\u00e8re jaune par pr\u00e9caution. La couleur jaune n\u2018interf\u00e8re pas avec les UV de la litho.<\/p>\n<p>Le d\u00e9p\u00f4t de la r\u00e9sine photosensible et son traitement apr\u00e8s l\u2019exposition aux UV est r\u00e9alis\u00e9 dans des machines situ\u00e9es juste \u00e0 c\u00f4t\u00e9.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/LITHIUS-CleanTrack.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"LITHIUS CleanTrack\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/LITHIUS-CleanTrack_thumb.jpg\" alt=\"LITHIUS CleanTrack\" width=\"419\" height=\"281\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>On proc\u00e8de ensuite au lavage des wafers pour enlever tout r\u00e9sidu de produits chimiques. En fait, des lavages des wafers ont lieu pour chacune des \u00e9tapes de fabrication.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Screen-AquaSpin-SU-3000.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Screen AquaSpin SU-3000\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Screen-AquaSpin-SU-3000_thumb.jpg\" alt=\"Screen AquaSpin SU-3000\" width=\"343\" height=\"284\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>Nous venons tout juste de sortir de l\u2019\u00e9tape de lithogravure ! Il faut maintenant traiter les wafers recouverts d\u2019une r\u00e9siste photosensible sauf aux endroits o\u00f9 la couche du dessous est visible et pr\u00eate pour \u00eatre trait\u00e9e. On peut les creuser avec des machines d\u00e9di\u00e9es fonctionnant avec des plasmas.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Wafer_Fabrication_Process_Steps.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Wafer_Fabrication_Process_Steps\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Wafer_Fabrication_Process_Steps_thumb.jpg\" alt=\"Wafer_Fabrication_Process_Steps\" width=\"445\" height=\"184\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>On ajoute ensuite les \u00e9l\u00e9ments de transistors qui sont g\u00e9n\u00e9ralement du silicium dop\u00e9 par des ions m\u00e9talliques avec du phosphore ou du bore, ou du Hafnium (pour la grille des transistors juste au-dessus de la fine couche d\u2019isolant en Si).<\/p>\n<p>On utilise pour cela des techniques d\u2019\u00e9pitaxie en phase gazeuse qui permettent de faire croitre du cristal monocristallin dans les zones visibles des wafers \u00e0 partir d\u2019un gaz d\u2019hydrog\u00e8ne charg\u00e9 en hydrures. Cette technique dite <strong>MOCVD <\/strong>(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) est utilis\u00e9e pour les densit\u00e9s moyennes. Ces diff\u00e9rents d\u00e9p\u00f4ts sont r\u00e9alis\u00e9s soit sous vide (en UHVCVD pour Ultrahigh vacuum CVD) soit sous atmosph\u00e8re en l\u00e9g\u00e8re sous-pression (pour LPCVD). Dans le premier cas, les pods de wafers passent par un sas de d\u00e9compression avant de rentrer dans la machine de d\u00e9p\u00f4t CVD !<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Applied-Materials-Viista-810-HP.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Applied Materials Viista 810 HP\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Applied-Materials-Viista-810-HP_thumb.jpg\" alt=\"Applied Materials Viista 810 HP\" width=\"495\" height=\"331\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>A partir du 28 nm, on passe \u00e0 l\u2019<strong>ALD <\/strong>(Atomic Layer Deposition), une technique qui permet de mieux remplir les cavit\u00e9s sans effets de bord. Mais ce processus est plus lent. .<\/p>\n<p>Quand on a fini de cr\u00e9er les couches contenant la logique des chipsets, on passe \u00e0 la connexion entre les transistors via les couches de m\u00e9tallisation. Des batteries de machines sont utilis\u00e9es pour ce faire. Le d\u00e9p\u00f4t de cuivre se fait en phase liquide. On commence d\u2019abord par cr\u00e9er une barri\u00e8re isolante, en g\u00e9n\u00e9rale \u00e0 base de Tantale, puis un pr\u00e9curseur et enfin le cuivre avec du sulfate de cuivre (de couleur bleue). Apr\u00e8s ce d\u00e9p\u00f4t, les wafers sont polis pour d\u00e9gager l\u2019exc\u00e9dent de cuivre. Ce polissage m\u00e9canique utilise un liquide contenant des billes de silice. Apr\u00e8s le d\u00e9p\u00f4t des couches m\u00e9talliques, les wafers passent dans des fours de recuit \u00e0 1000\u00b0C.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Electroplating.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Electroplating\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Electroplating_thumb.jpg\" alt=\"Electroplating\" width=\"486\" height=\"168\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>A bout d\u2019un processus qui a dur\u00e9 six \u00e0 huit semaines, les wafers sont pr\u00eats pour l\u2019\u00e9tape suivante du packaging, qui a lieu dans d\u2019autres usines.<\/p>\n<p>Le processus de mise au point de la fab n\u00e9cessite plein de tests le long de la chaine de fabrication. Ils s\u2019appuient sur des microscopes qui \u00e9valuent les d\u00e9fauts de fabrication \u00e0 chaque \u00e9tape. Des logiciels classifient automatiquement les d\u00e9fauts. A la fin du long processus de mise au point, STMicroelectronics arrive \u00e0 d\u00e9passer 85% de rendement (\u201cyield\u201d).<\/p>\n<p>Quid du passage du 28 nm au 14 nm ? On sait qu\u2019une fab 28 nm coute au bas mot environ $2B. Faut-il tout reconstruire et changer tout l\u2019\u00e9quipement pour descendre le niveau d\u2019int\u00e9gration. Heureusement, non ! Les changements concernent la lithographie, l\u2019\u00e9pitaxie, l\u2019ALD et la m\u00e9tallisation. Soient quatre types de machines sur une quinzaine au total. Ce sont cependant les plus ch\u00e8res ! La fab 300m de Crolles a ainsi pu suivre les \u00e9volutions sur plusieurs g\u00e9n\u00e9rations d\u2019int\u00e9gration : 90, 65, 45 nm puis 28 nm. Et elle se pr\u00e9pare \u00e0 adopter le 14 nm dans les prochaines ann\u00e9es. C\u2019est critique dans la bataille continue de la miniaturisation et pour rester dans la course face aux g\u00e9ants du secteur.<\/p>\n<p>L\u2019une des technologies permettant de descendre en-dessous du 28 nm est la gravure en extr\u00eame ultra-violet (EUV) dont la longueur d\u2019onde plus courte que l\u2019Ultra-Violet permet de g\u00e9n\u00e9rer des d\u00e9tails plus fins dans la gravure. Promue par ASML, elle est toujours en phase de mise au point et n\u2019est pas disponible pour de la production en volume. D\u2019o\u00f9 l\u2019importance du multi-patterning et de l\u2019OPC que nous avons d\u00e9j\u00e0 vus. La mise au point de l\u2019utilisation de wafers de 450 mm dans laquelle Intel et ASML ont beaucoup investit en R&amp;D prend aussi beaucoup de temps.<\/p>\n<p><strong>Ligne de fab Crolles 200<\/strong><\/p>\n<p>La ligne de fab 200 mm de Crolles est plus ancienne (1992). Elle est toujours en activit\u00e9 et fabrique des chipsets avec des transistors jusqu\u2019\u00e0 130 nm. Elle fabrique notamment les coprocesseurs de capteurs MEMS ainsi que des composants int\u00e9grant des fonctions analogiques.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Fab-200.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" style=\"background-image: none; padding-top: 0px; padding-left: 0px; margin: 10px 0px 10px 10px; display: inline; padding-right: 0px; border-width: 0px;\" title=\"Fab 200\" src=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/wp-content\/WindowsLiveWriter\/ST-Microelectronics_9F00\/Fab-200_thumb.jpg\" alt=\"Fab 200\" width=\"501\" height=\"335\" border=\"0\" \/><\/a><\/p>\n<p>La fab occupe 750 personnes en tout, soient 150 par quart, 50 de plus que sur la Fab 300 car elle n\u2019est pas robotis\u00e9e. La fab est compl\u00e9t\u00e9e par 200 personnes pour le support.<\/p>\n<p>____________________________<\/p>\n<p>Dans l\u2019<a href=\"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2014\/decouverte-fab-stmicroelectronics-3\/\">\u00e9pisode suivant<\/a> qui sera le dernier, nous faisons\u00a0un tour dans les unit\u00e9s de packaging et de test de Grenoble.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Apr\u00e8s l\u2019introduction sur le secteur fran\u00e7ais des semi-conducteurs Voici la seconde partie du compte-rendu d\u2019une visite au c\u0153ur de l\u2019une des usines les plus modernes de France : les unit\u00e9s de production de Crolles et Grenoble de STMicroelectronics. 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