18 octobre 2012 / 16:01 / il y a 5 ans

STMicro teste les limites avec le modèle "labfab" en Europe

par Marc Joanny

CROLLES, Isère (Reuters) - Les boîtes sous vide de plaquettes de silicium se déplacent le long de rails fixés au plafond et les robots les déplacent vers d'autres automates pour une nouvelle étape du long processus de fabrication d'un lot de microprocesseurs.

Etrangers à l'agitation qui entoure STMicroelectronics depuis l'annonce par le septième fabricant mondial de semi-conducteurs d'une revue stratégique de ses activités qui devrait déboucher en décembre, les robots de l'usine de Crolles, près de Grenoble, poursuivent le traitement des tranches de silicium au rythme de près de 11.000 unités par semaine.

Etablie sur un site de 40 hectares, cette usine comprend deux unités de production pour le traitement de plaquettes de silicium de 200 et 300 millimètres qui ont nécessité des investissements de 2,25 et 1,7 milliard de dollars respectivement, explique son directeur.

Elle emploie plus de 5.000 personnes directement et 15.000 indirectement, précise Gérard Matheron, également en charge des Affaires publiques pour le groupe franco-italien.

Dans la salle blanche de 10.000 m2 du bâtiment Crolles 300, 450 machines robotisées s'activent 24 heures sur 24 et 365 jours par an, pilotées par un système informatique et une centaine d'opérateurs par vacation, tous au moins bacheliers.

Dans une industrie des semi-conducteurs où les limites de la miniaturisation sont sans cesse repoussées, mécanisation, automatisation et production en salles blanches sont incontournables.

ROBOTS DÉLOCALISÉS

Impossible sinon d'envisager la production de circuits de 20 nanomètres - un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre, soit un trait 500.000 fois plus fin que celui d'un stylo bille - d'éviter les erreurs humaines dans la conduite des machines ou de minimiser les risques d'impuretés qui obligeraient la mise au rebut de lots dont le processus de production peut comporter jusqu'à 400 opérations et durer de trois semaines à trois mois.

Pourtant, ni la robotisation, ni l'automation ne peuvent expliquer le maintien en Europe d'une production de puces principalement réalisée en Asie, notamment à Taïwan où se trouvent les plus grands fondeurs mondiaux comme TSMC ou UMC. STMicroelectronics lui-même dispose d'une unité de production à Singapour, où sont transférées les technologies matures à moindre valeur ajoutée.

Le secteur des semi-conducteurs représente 300 milliards d'euros de chiffre d'affaires à l'échelle mondiale, dont 40 milliards seulement en Europe.

"Sur les technologies de base et à gros volumes, comme les mémoires par exemple, les Européens ne peuvent plus être compétitifs car ils n'ont pas investi au bon moment dans des usines géantes et automatisées", explique Gérard Matheron.

"Le ticket de ré-entrée serait exorbitant et les compétences ont été dispersées", ajoute-t-il.

Pour lui, les acteurs Européens ne peuvent donc se différencier que par des technologies de plus en plus performantes et innovantes, en alliant recherche et développement et production dans un modèle dit "labfab".

Avec deux autres usines en France - à Tours et à Rousset près d'Aix-en-Provence - et en Italie - à Agrate près de Milan et à Catane en Sicile - STMicroelectronics réalise en Europe plus de la moitié de sa production en valeur. En volume, le site de Singapour, où ST a transféré les technologies matures et les machines correspondantes, arrive en revanche largement en tête.

"Sur Crolles, nous avons 25 technologies en production et si l'on prend ST globalement, et en tenant compte de notre gamme de produits, nous devons en avoir une centaine", relève-t-il.

"LABFAB" OU "FABLESS"

D'autres ont fait un choix différent optant pour un modèle "fabless" et renonçant à produire eux-mêmes pour se concentrer sur la seule conception au risque de devenir "techless" et de perdre leur capacité d'innovation.

Le modèle "labfab", est une réponse à la croissance exponentielle des coûts, estime Gérard Matheron.

"Aujourd'hui, le 32 nanomètres, la dernière technologie livrée, a coûté plus d'un milliard de dollars à développer et le prix de revient moyen d'une usine de semi-conducteurs dernière génération est de quatre à cinq milliards de dollars sachant que dans les années 90 c'était une centaine de millions et que dans les années 80 c'était à peine quelques dizaines de millions".

Dans ces conditions, "la R&D et la production ont intérêt à être couplées pour éviter de faire deux fois l'investissement", note-t-il soulignant que les ingénieurs représentent plus de 43% de l'effectif de l'usine de Crolles contre 35% pour les opérateurs et 22% pour les techniciens.

Le deuxième avantage d'une intégration poussée est lié aux limites physiques de la miniaturisation.

"Aux alentours de 20 nanomètres, nous sommes confrontés à un vrai problème de physique du solide : les électrons ne passent plus", explique Gérard Matheron.

Avant même d'atteindre cette limite, les technologies aux dimensions de plus en plus petites entraînent des effets de dispersion qui peuvent remettre en cause les performances des circuits.

"L'un des avantages des sociétés intégrées, c'est de pouvoir anticiper et résoudre plus facilement ces problèmes qui ne se posaient pas avec la même acuité il y a cinq ou dix ans".

"La complexité est avouée aujourd'hui par les acteurs ‘techless', qui sont dans les mains de sous-traitants pour la production", souligne Gérard Matheron.

Intel, le leader incontesté du secteur, vante lui aussi les vertus du modèle intégré.

Ce dernier suppose toutefois l'existence d'un écosystème entre laboratoires de recherche fondamentale, équipes de recherche appliquée et fabricants, relève-t-il.

Il explique qu'il n'y en a que quelques exemples dans le monde : celui d'Intel aux Etats-Unis, celui de TSMC à Taïwan et trois autres reliés entre eux dans le cadre d'une alliance, IBM aux Etats-Unis, Samsung Electronics en Corée du Sud et ST à Grenoble, berceau historique de la recherche sur les semi-conducteurs en France.

TAILLE CRITIQUE

Cette intégration entre conception, développement technologique et production permet aussi d'apporter des solutions aux contraintes imposées par la convergence et la portabilité des équipements - PC, téléphones et autres tablettes - qui nécessitent des puces toujours plus petites mais aussi à très faible consommation énergétique.

ST a ainsi mis au point la technologie FD-SOI (Fully depeleted Silicon-on-Insulator) qui, en ajoutant une couche d'isolant sur le silicium support des circuits, permet à la fois de réduire les effets de dispersions et de limiter la consommation énergétique.

Les premières puces en 28 nanomètres utilisant cette technologie, en cours de fabrication depuis fin août à Crolles, devraient être disponibles à la fin du mois de novembre.

"C'est un procédé de fabrication qui permet de contourner le problème des limites physiques que nous rencontrons et nous pensons qu'il pourra être adapté pour fabriquer des puces avec des géométries encore plus petites, jusqu'à 14 et 10 nanomètres", explique Gérard Matheron. "C'est une technologie bi-dimensionnelle 'classique' qui pour tous les utilisateurs a l'avantage de s'inscrire dans la continuité", ajoute-t-il.

Intel a pour sa part opté pour une rupture technologique, développant et maîtrisant une structure de transistors en 3D, qui vise à créer une barrière technologique par rapport à ses concurrents, que certains essayent toutefois de franchir.

Si la course à l'innovation peut permettre de repousser encore les limites de la miniaturisation, elle peut aussi buter sur des contraintes financières.

Une partie des coûts et des risques peuvent être partagés et les grands fabricants intégrés ont uni leurs forces au sein de l'International SemiConductor Developement Alliance qui regroupe IBM, Samsung, Global Foundries, le japonais en difficulté Renesas et ST face au géant Intel et au fondeur TSMC.

"Au niveau mondial, l'industrie des semi-conducteurs consomme en moyenne 17% de son C.A. en R&D ; au niveau européen, c'est plutôt 20%", rappelle toutefois Gérard Matheron.

Edité par Yves Clarisse

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