5. Les progrès en miniaturisation
Quels sont les progrès attendus de la miniaturisation en tenant compte de toutes les limitations physiques abordées précédemment ?
L'évolution de la microélectronique pour les années 2005-2018 est assez bien connue (tabl. 1) car les industriels ont défini ensemble une feuille de route technologique, appelée roadmap, afin de mettre leurs efforts en cohérence, l'idée étant que chacun tire profit du développement accru de l'ensemble de l'industrie plutôt que d'agir seul, ce qui rend les différentes briques technologiques incompatibles entre elles. Le document décrit, de manière extrêmement complète, les évolutions des différentes composantes nécessaires au progrès de la miniaturisation : matériaux, lithographie, outils de conception, intégration des différents éléments, performances attendues, etc.
L'industrie est passée d'une largeur de traits en lithographie de 8 micromètres (μm) en 1970 à 2 μm en 1980, puis à 0,10 μm en 2004. L'intégration des circuits a augmenté plus vite que le simple facteur d'échelle a2 car, d'une part, la surface disponible a été mieux utilisée et, d'autre part, la taille des puces a crû aussi, dans l'intervalle, de 10 à 200 mm2 environ. La vitesse d'horloge a elle aussi augmenté grâce à la vitesse accrue sur la puce et parce que l'intégration sur une seule puce permet de s'affranchir des interconnexions extérieures qui sont longues et, donc, lentes. On atteindra 0,025 μm (25 nm) vers l'an 2011 et la limite physique du transistor « classique », soit 6 nm, vers 2016.
Tout n'ira cependant pas sans difficultés : le document du roadmap identifie un « mur », le red brick wall, c'est-à-dire un ensemble de besoins dont les solutions ne sont pas connues aujourd'hui (tabl. 2). Au fur et à mesure de la miniaturisation, il n'y a pas que les dimensions des circuits qui doivent diminuer : le contrôle des dimensions critiques atteint l'échelle nanométrique – voire atomique – ; les empilages de structures doivent se faire avec une précision de positionnement de l'ordre d'une cinquantaine d'atomes ; il faut renouveler sans cesse les structures des éléments et les méthodes t […]
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