Essentiels à l’économie numérique, les semi-conducteurs sont produits selon un processus complexe et long.
Ces minuscules composants sont présents dans les smartphones, ordinateurs, voitures, satellites, appareils médicaux et équipements militaires. Ils sont la base matérielle qui permet l’essor de technologies avancées telles que l’intelligence artificielle, la 5G, l’Internet des objets (IoT).
Mais derrière chaque puce électronique se cache une chaîne de production extrêmement complexe, fragmentée à l’échelle mondiale, reposant sur une expertise technologique de pointe et une logistique sophistiquée.
Qu’est-ce qu’un semi-conducteur ?
Un semi-conducteur est un matériau dont la conductivité électrique se situe entre celle d’un conducteur (comme le cuivre) et d’un isolant (comme le verre). Le silicium est le semi-conducteur le plus utilisé. Il permet de fabriquer des composants électroniques capables de gérer, stocker et transmettre des informations sous forme de signaux électriques.
Ces composants incluent notamment les transistors, les diodes, les circuits intégrés et les microprocesseurs. Les transistors, par exemple, agissent comme des interrupteurs microscopiques qui s’ouvrent et se ferment des milliards de fois par seconde pour exécuter des calculs.
La chaîne de production des puces électroniques : une symphonie industrielle mondiale
La fabrication d’une puce électronique est un processus long. Il peut être schématiquement divisé en plusieurs grandes étapes : conception, fabrication du wafer, lithographie, gravure, assemblage et test.
1/ La conception (Design)
Tout commence avec la conception de la puce. Cette étape est menée par des entreprises de fabless (sans usines), comme NVIDIA, Qualcomm ou Apple, qui conçoivent les architectures logiques et physiques des circuits.
Ces entreprises utilisent des logiciels appelés EDA (Electronic Design Automation), produits par des sociétés comme Cadence ou Synopsys, pour dessiner le schéma de la puce à l’échelle nanométrique.
2/ La fabrication du wafer (Foundry)
Une fois le design terminé, il est envoyé à une fonderie spécialisée, comme TSMC (Taïwan), Samsung (Corée du Sud) ou GlobalFoundries (États-Unis). Ces entreprises produisent les wafers, de minces disques de silicium pur, à partir desquels seront gravées les puces.
Le silicium est fondu, cristallisé sous forme de lingot, puis tranché en disques. Ces wafers subissent ensuite un nettoyage et une préparation rigoureuse avant d’entrer en salle blanche.
3/ La lithographie : écrire à l’échelle de l’atome
C’est l’une des étapes les plus complexes et coûteuses du processus. Elle consiste à projeter des motifs microscopiques sur le wafer à l’aide de lumière ultraviolette extrême (EUV). Cette technique permet de dessiner les circuits à l’échelle de quelques nanomètres (un milliardième de mètre).
Seules quelques entreprises dans le monde maîtrisent cette technologie. ASML, entreprise néerlandaise, détient quasiment le monopole des machines EUV, dont le prix peut dépasser 200 millions de dollars l’unité.
4/ La gravure et le dépôt
Une fois le motif exposé, des procédés chimiques (etching) permettent de graver les couches de matériaux conducteurs, semi-conducteurs ou isolants. On dépose ensuite différentes couches d’oxyde, de cuivre, ou de nitrure pour construire progressivement le circuit en trois dimensions.
Ce processus est répété des dizaines de fois pour créer des structures de plus en plus fines et denses.
5/ L’assemblage (Packaging)
Une fois les puces gravées, le wafer est découpé en dies (unités individuelles). Chaque die est ensuite encapsulé dans un boîtier protecteur, avec des connexions métalliques permettant de l’intégrer sur une carte électronique.
Le packaging est une étape de plus en plus stratégique car il influe sur la dissipation thermique, la vitesse de communication entre les composants et la miniaturisation.
6/ Le test et la validation
Chaque puce est testée pour vérifier qu’elle fonctionne correctement. Celles qui présentent des défauts sont écartées. Les puces valides sont ensuite expédiées aux fabricants d’équipements électroniques qui les intègrent dans leurs produits (téléphones, ordinateurs, etc.).
