Une "boîte à outils" pour l'intégration des technologies 3D au CEA
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67554.htm
Beaucoup d'appareils qui "peuplent" notre quotidien renferment des puces électroniques, de nature extrêmement variée. Celles-ci sont fabriquées en série sur des wafers, autrement dit des plaques de silicium, découpées ensuite pour y fabriquer des processeurs, des mémoires stand-alone et des composants programmables. Grâce aux progrès constants réalisés dans la finesse des gravures, l'industrie microélectronique développe des circuits toujours plus puissants et de moins en moins coûteux, comme le prédit la loi de Moore. Reste pourtant que le transistor, motif de base de la microélectronique, est toujours fabriqué sur une même surface plane, autrement dit en deux dimensions. D'où l'idée d'empiler les composants électroniques, en superposant des puces et/ou des wafers les uns sur les autres et en établissant des connexions électriques courtes entre ces composants, directement au travers des différentes couches. Une alternative dite "3D" qui va permettre de réduire encore les coûts et d'augmenter significativement les performances globales des circuits, tout en réduisant leur consommation énergétique. A Grenoble, au sein des équipes du CEA/Leti, les chercheurs travaillent activement à ces développements prometteurs.
Une 3D qui mobilise 140 chercheurs et ingénieurs
Au CEA/Leti, environ 140 chercheurs et ingénieurs se consacrent aujourd'hui à cette alternative 3D, travaillant à la fois sur les aspects conception de puces, intégration de process et développements spécifiques. Ces derniers portent par exemple sur la façon la plus efficace de manipuler des wafers plus minces qui n'ont plus la même rigidité. Pour relever ce défi, les équipes grenobloises du CEA, comme elles l'ont toujours fait, collaborent étroitement avec les fabricants de matériaux et les fabricants d'équipements de microélectronique. Il s'agit en effet d'être sûr que ces process vont être transférés au milieu industriel et que les partenaires industriels du CEA pourront bénéficier d'une chaîne industrielle complète. Pour les équipes grenobloises, il s'agit également de travailler sur différentes scénarios d'intégration, l'objectif étant de prouver la fonctionnalité des démonstrateurs et les avantages qu'ils présentent notamment en termes de coût et de consommation, autrement dit de montrer que l'approche est économiquement viable.
c'est dans ce contexte que le CEA/Leti a mis au point une "boîte à outils" spécifique pour l'intégration 3D. "Notre objectif est de proposer des filières génériques complètes adaptées à différentes catégories de besoins industriels, à partir d'étapes élémentaires de fabrication à combiner ou à adapter", explique-t-on à la direction du Leti. Pour chacune des technologies développées, les chercheurs grenoblois mesure la maturité des procédés à l'aide d'une échelle comportant cinq niveaux, allant de la démonstration technique du procédé au transfert à l'industriel, en passant par la validation du fonctionnement électrique du procédés sur un dispositif test, la démonstration technique du procédés sous la forme de composant intégré et le prototype industriel. Ce dernier niveau est généralement celui jusqu'au quel vont les composants 3D conçus et réalisés par les équipes du Leti, le transfert à l'industriel ne s'effectuant qu'au cas par cas avec chaque industriel demandeur.
Imageur pour téléphone portable, premier exemple de composant utilisant les technologies 3D
Au sein du département d'optronique du CEA-Leti, les chercheurs travaillent au développement de technologies en vue d'applications assez diverses, parmi lesquelles les imageurs, c'est-à-dire les caméras, que renferment les téléphones portables. L'objectif est d'améliorer la qualité du traitement d'image tout en réduisant le coût des technologies utilisées. Par exemple, en optimisant la détection des photons, il est alors possible de réduire la taille des pixels tout en diminuant le coût des capteurs. Pour réduire la taille globale du dispositif, les chercheurs du Leti ont d'ores et déjà fait appel aux technologies d'intégration 3D. Ainsi dès 2009, ils ont conçu un module optique utilisant une brique technologique issue de la 3D.
Rappelons que jusqu'alors, les imageurs étaient connectés à des circuits périphériques à l'aide de connexions électriques classiques en 2D. Or la technologie dite "TSV" ou Through Silicon Via, développée au Leti, permet la connexion de l'imageur à l'aide de vias traversants le silicium, la connectique étant alors ramenée sous la puce. Obtenue ensuite par "reflow", cette connexion est comparable au dépôt de composants sur une carte support. D'où la possibilité notamment d'intégrer davantage de circuits sur une même puce, tout en diminuant le coût de fabrication, une fois la procédé d'industrialisation maîtrisé, mais de diminuer également la taille globale du dispositif incluant le bloc optique, et de disposer d'interconnexions plus courtes et, par conséquent, d'accroître la vitesse de transmission des informations plus élevée ce qui permet de maintenir des cadences vidéo confortables. Développé avec succès pour le groupe STMicroelectronics, sur une ligne de 200 mm, ce procédé d'intégration des imageurs est aujourd'hui industrialisé par le même groupe industriel, sur lignes de 300 mm, pour un grand fabricant européen de téléphones portables.
Rédacteur : ADIT - Jean-François Desessard - email : jfd@adit.fr
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