Comment fabrique t-on un processeur ?

Cet objet rendu aussi banal qu’une paire de chaussures ne suscite que peu d’intérêt chez les utilisateurs. Je ne parle pas du choix totalement hasardeux de celui-ci mais de son coté technique. Peu de personnes imaginent la complexité de ce composant. Peu de personnes imaginent à quel point il requiert un procédé de production extrêmement sophistiqué. Je m’en retourne à l’exemple des chaussures. Baskets et processeur, deux objets sûrement aussi répandus l’un que l’autre, avec un prix parfois très proche et pourtant, leur degré de complexité technique n’est tout bonnement pas comparable.

Aujourd’hui, des microprocesseurs pas plus gros qu’une pièce de monnaie, peuvent accueillir plus de 2 milliards de transistors. Il y a 10 ans de cela, nous en comptions 50 millions sur la même surface. La production et les techniques de fabrication n’ont jamais cessé de croître. Je vous propose, à travers 5 grandes étapes qui constituent la création d’une puce électronique, d’en apprendre un peu plus sur le processus.

Vous trouverez des astérisques dans la suite texte. Elles correspondent aux étapes situées dans le schéma récapitulatif en bas de l’article. N’hésitez pas à vous y référer.

1) De quelle dune provient votre processeur ?

Une fois le silicium séparé du sable brut, il est purifié par une multitude de procédés puis liquéfié à une température de 1700°C. Un bac est alors rempli de ce silicium liquide. On plonge une graine de silicium mesurant entre 1mm et 3mm dans ce dernier. La graine qui est fixée sur une tige, est tranquillement remontée tout en effectuant une rotation dans le sens inverse du liquide présent dans le bain. L’opération accomplit, on obtient ce qu’on appelle un monocristal.


schéma

2) Préparation du wafer

Le monocristal est ensuite découpé en tranches nommées « wafer » dont l’épaisseur est inférieure à 1mm. Le diamètre d’un wafer, ou galette en français, augmente d’année en année. Aujourd’hui nous pouvons manipuler des galettes de 450mm soient 36 fois plus importantes qu’il y a 50 ans. Le wafer est ensuite rectifié à l’aide d’un diamant puis polis jusqu’à obtenir un effet miroir. Il subit en autre, plusieurs traitements chimiques. Sachez que plus un wafer est grand, moins la variation de son épaisseur est tolérable. Il y a donc un réel enjeu technique.

schéma lithographie

3) Création des masques

Premièrement, le wafer est recouvert d’une résine photo-sensible (*¹). En parallèle, on inscrit l’image des zones qui vont accueillir les transistors sur un masque (*²). Ce masque qui agit comme un pochoir est placé entre une lumière ultraviolette et le wafer. La partie exposée aux rayons X est développée (telle une photographie) supprimant la résine en cet endroit (*³). Une deuxième étape de lithographie (procédé décrit ci-dessus) survient. Cette fois, on creuse les zones touchées par les ultraviolets (*⁴) pour pouvoir accéder à la couche d’oxyde de silicium. C’est sur cette couche qu’on implante l’électronique.

4) Dopage et interconnexions des transistors

Avant de débuter l’implantation, des ions sont bombardés verticalement afin de charger électriquement les zones mises à nu précédemment (*⁵). Ces régions, où le courant peut maintenant circuler de manière propice, deviennent en fait l’émetteur et le collecteur du transistor.

schéma interconnexions

Maintenant, il suffit avec une machine à 250 000€, d’ajouter la porte du transistor dans les zones excavées du silicium (*⁶). La porte qui n’est autre qu’une fine couche conductrice de polycilicium, est créée par une déposition chimique. C’est à dire que la matière est pulvérisée sous forme gazeuse à environ 1000°C. La porte du transistor permet de laisser passer ou non, un champ magnétique entre l’émetteur et le collecteur. Ce champ magnétique provoque ainsi une liaison électrique. C’est le fonctionnement même d’un transistor : il agit comme un interrupteur (0 ou 1).

5) Isolation puis encapsulation

wafer

Les transistors incrustés, il faut les isoler les uns des autres. Pour ce, on ajoute une couche diélectrique ne pouvant conduire le courant électrique sur toute la surface du wafer. Comprenez que les transistors doivent être dissociés mais il faut tout de même pouvoir y accéder. On crée donc une ouverture (infiniment petites) au niveau de la porte, de l’émetteur et du collecteur, où l’on dépose une couche d’aluminium. A ce stade, les transistors sont distincts et entièrement fonctionnels.

Le tout est recouvert d’une nouvelle couche à base d’oxyde protégeant le circuit de l’extérieur. On termine par l’inspection du wafer avec des outils tels qu’un microscope électronique à balayage.

Les puces fin prêtes, sont découpées puis montées dans un boîtier sur lequel on greffe des fils d’or. Ces derniers permettent d’établir la connexion électrique entre la puce elle même et les broches qu’on retrouve à l’extérieur. Vous venez d’obtenir votre premier processeur.

Récapitulatif – à regarder aussi souvent que possible :

schéma

 

Pour terminer en beauté :

Cette vidéo me laisse encore plus admiratif. Les équipements qu’on dirait tout droit sortis de Star Strek, les conditions de travail exceptionnelles, les chaînes de montage ultra-sophistiquées … difficile de se rendre compte à quel point il est difficile de produire une puce. Ne parlons même pas du fait qu’à chaque nouvelle finesse de gravure, ou à l’utilisation d’un wafer plus large, de nombreux équipements doivent être changés.

Décidément, je ne regarderai plus mes Nike de la même façon.

 

L’objectif de ce billet était de vous faire découvrir de la manière la plus simple et la plus complète possible, ce fabuleux procédé qu’est la fabrication d’une puce électronique. J’ai volontairement survolé certaines étapes et plus ou moins approfondi d’autres. Si le sujet vous intéresse, voici quelques dossiers grouillant d’informations :

Commentaires

  1. Par Louis

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  2. Par Otiel

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  3. Par qwerty

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    • Par plop

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      • Par Mico

  4. Par Nicolas

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  7. Par Med

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  8. Par guzz

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  9. Par Nicolas

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  10. Par Hugo

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    • Par Nicolas

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  11. Par norddine

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  12. Par Matthias

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