En voilà une très bonne question, un philosophe vous dirait que le Wafer dépasse le rêve des alchimistes qui pensaient pouvoir transmuter un métal comme le plomb en or. L’industrie des semi conducteurs fait encore mieux puisqu'ils arrivent à transformer du sable en des processeurs qui se vendent bien plus chers au kilo que l’or. Les petits veinards…


Comme nous vous le disions, le Wafer est une sorte de grande galette de 30 centimètres de diamètre. Elle est construite à partir d’un grand saucisson de substrat de silicium que l’on découpe en fines tranches. Le Wafer sert ainsi de support sur lequel on va poser les différentes couches de composants lors de la photolithographie.

L’isolation, une passion

Les transistors que l’on pose sur le silicium sont des composants électriques. Il faut donc les séparer les uns des autres avec un isolant. La problématique est simple : des fils qui se touchent alors qu’ils ne devraient pas, cela produit des choses pas très nettes. Croyez-nous sur parole sur le sujet, n’allez pas mettre vos doigts dans une prise pour le vérifier. Non, on insiste, revenez-ici !

On utilise généralement du silicium là aussi (SiO2, dioxyde de silicium) comme couche isolante. Cependant au fur et à mesure que l’on réduit la taille des processeurs, on réduit aussi la taille des dites couches. Et les isolants ne sont pas magiques, ils ont ce que l’on appelle une capacitance, c'est-à-dire leur capacité à absorber des charges de courant. Une sorte de seuil si vous voulez. Si l’on met trop de courant à côté, le « champ » électrique va se propager au delà de l’isolant. Et là, fatalement, il n’isole plus rien ! On dit alors que chaque matériau dispose de sa propre constante diélectrique qui est désignée par la lettre grecque kappa (par abus de langage et par fainéantise, nous utiliserons la lettre k par la suite).

La constante diélectrique indique la permissivité d’un isolant. En clair, plus elle est faible et moins le matériau a de chance de laisser passer du courant. L’air pur est proche de 1 (vous pouvez mettre deux fils côte a côte, il faudra un très fort courant entre les deux pour qu’il y’ait un « arc » électrique). Alors que l’eau qui n’est pas un très bon isolant (deux fils dans l’eau, du courant va passer) dispose d’une constante de 80. Celle du dioxyde de silicium utilisé pour isoler les composants sur les processeurs est de 3.9. Retenez bien cette valeur, elle nous servira par la suite. 3.9.

L'isolant confiance

Vous l’aurez compris, plus on utilise un isolant efficace et plus on évite les fuites de courant. Les fuites, c’est un peu le mal absolu. Un champ électrique qui va ailleurs qu'il ne devrait, c’est un début de court circuit, et ce n’est franchement pas très réjouissant. Au mieux, le courant va se perdre et ne va pas causer d’interférences. C’est le cas idéal, et également celui qui se passe le plus souvent.

Idéal, c’est un grand mot parce que les fuites ont d’autres conséquences. C’est un peu comme une fuite dans vos canalisations d’eau. Vous allez consommer et payer de l’eau pour rien, et comme vous êtes radins, vous préférez payer juste pour ce que vous consommez vraiment. Dans les processeurs c’est pareil, sauf qu’à défaut d’eau il s’agit de la tension appliquée au processeur. Celle que vous augmentez dans le BIOS comme des sauvages pour tenter d’overclocker la puce. S’il y a des pertes à l’intérieur de la puce, même infimes, vous devrez augmenter la tension appliquée au processeur pour qu’il fonctionne correctement. C'est-à-dire que le processeur dispose au minimum de la tension dont il a besoin pour que tous ses transistors fonctionnent. Pour reprendre l'image de la fuite d'eau, imaginez que la fuite soit tellement importante que vous n'avez quasiment plus de débit à votre robinet pour remplir votre casserole. C'est ennuyeux, vous allez perdre patience et commander une pizza à la place.

Revenons à l’overclocking. Quand vous augmentez la fréquence du processeur, il va fonctionner plus rapidement et demandera plus de courant. Si la tension est insuffisante, il va planter. C’est pour cela que l’on tente de pousser le voltage. Mais, évidemment, cela a une conséquence directe sur la chaleur que le processeur va dissiper. L’énergie qui rentre sous la forme d’électricité doit bien ressortir et elle le fait sous forme de chaleur.

La problématique de l’overclocker est identique à celle des ingénieurs puisque s’ils arrivent à réduire les fuites, ils peuvent créer des processeurs qui montent plus haut en fréquence pour un voltage donné. Et donc, vous vendre des fréquences plus élevées. Ne pas avoir de fuites, c’est s’assurer toutes les chances de pouvoir produire une puce qui ne chauffera pas et qui montera haut en fréquence. Un vrai rêve d’ingénieur en semi conducteurs en quelque sorte. A chacun ses rêves. Ha, Christina… Pardon, je m’égare.

Silicon on Insulator (SOI)

On commence à rentrer dans le vif du sujet avec le SOI, une technologie qui est utilisée entre autres par AMD dans ses processeurs en 130 et en 90 nanomètres. C’est d’ailleurs parce qu’ils ont eu un peu de mal à finaliser la technologie qu’ils se sont alliés à IBM pour la faire fonctionner. Le principe est simple, on ajoute une couche d’isolant à l’intérieur du silicium qui sert de base au wafer pour le rendre meilleur.


Dans la pratique, les gains ne sont pas forcément évidents. Tout d’abord parce que le coût de la technique est important (les wafers coûtent beaucoup plus chers) et que les gains au niveau des fuites ne sont pas très élevés. AMD utilise le PD-SOI (Partially Depleted SOI) qu’il a mis au point avec IBM. De l’autre côté, Intel s’intéresse à une autre forme de SOI (Fully Depleted SOI). Dans la pratique, le FD-SOI n’est pas encore prêt à être utilisé si bien que nous ne nous attarderons pas dessus. IBM travaille bien évidemment également sur le sujet.

Diélectriques Low-k

Nous finissons cette page avec un mot sur une autre technique qui aide a combattre les fuites. L’isolation doit être faite à tous les niveaux, y compris pour préserver les interconnexions entre les différents transistors. Plutôt que d’utiliser le « vieux » dioxyde de silicium, les différents acteurs du milieu utilisent des matériaux dits « low-k ». Le terme anglais low, bas en bon français, fait référence à des matériaux dont la constante diélectrique est plus faible que celle du dioxyde de silicium. Pour le 65 nanomètres, AMD utilise actuellement des couches d’isolation pour les interconnexions dont la valeur k est de 2.7. Pour le procédé à 45 nanomètres, il s’agira d’une valeur encore plus faible, 2.4. Des valeurs que l’on compare toujours à celle du dioxyde de silicium dont vous connaissez la valeur par cœur. Mais si, 3.9 !