Structure des coûts dans la fabrication de circuits intégrés : aperçu pour les ingénieurs des coûts

La fabrication de circuits intégrés (CI) est un processus complexe qui se caractérise par des investissements extrêmement élevés, une précision technique et une multitude d'étapes de processus chimiques et physiques. Pour les ingénieurs de coûts, il est essentiel de développer une compréhension approfondie de ces processus afin de pouvoir effectuer des calculs de coûts et des analyses économiques fondés.

Trois phases principales sont au cœur de la fabrication de circuits intégrés : Production de wafers, processus front-end et processus back-end. Chacune de ces étapes comporte des facteurs de coûts spécifiques qui contribuent de manière significative au calcul du coût total.

La fabrication commence par la production de plaquettes de silicium à partir de lingots de silicium monocristallin, qui sont étirés par le procédé Czochralski. Le traitement qui suit - découpe, polissage et nettoyage - permet d'obtenir la qualité de surface nécessaire. Bien que cette étape ne représente qu'une petite partie du coût total, elle constitue la base de toutes les autres étapes du processus.

La phase la plus importante en termes de coûts est le processus frontal, au cours duquel le circuit électronique est transféré sur le wafer. Ce processus s'effectue en plusieurs étapes, en utilisant la lithographie, la gravure, le dopage et le polissage mécano-chimique. La lithographie, en particulier, est un facteur clé de coût et de technologie. En fonction de la technologie utilisée - Deep Ultraviolet (DUV) ou Extreme Ultraviolet (EUV) - les coûts d'investissement et d'exploitation varient considérablement. La lithographie EUV permet certes de réaliser des structures de plus petite taille, mais nécessite des machines d'une valeur pouvant atteindre 300 millions de dollars US. Dans les analyses de coûts, il apparaît qu'environ 25 % des coûts totaux de fabrication des circuits intégrés sont liés à la lithographie.

Après la structuration, les puces sont séparées et emballées. Ce processus comprend le dicing, la liaison à un substrat de support par bonding et l'encapsulation finale. Même si cette étape ne représente qu'environ 20 % du coût total, elle implique une part plus importante de travail manuel, ce qui la rend sensible aux variations des coûts salariaux.

IC manufacturing est un secteur à forte intensité de capital. Les investissements en machines représentent environ 75 % des coûts de construction d'un site de production. Outre les installations de lithographie, il s'agit également de systèmes de dépôt, de gravure et de nettoyage. Les coûts des matériaux se composent de plaquettes de silicium de grande pureté, de laques photosensibles, d'agents de gravure et d'une multitude de gaz de processus. Les exigences en matière de matériaux et de pureté augmentent en particulier pour les petites tailles de structure - ce qui a un impact direct sur les coûts.

Une part importante, environ 35 %, des coûts de production de l'IC est constituée de frais généraux. Il s'agit notamment des dépenses de personnel, d'énergie, d'infrastructure informatique, d'assurance qualité ainsi que des facteurs liés au site. Ces facteurs ont un impact important sur les coûts unitaires, en particulier dans les régions où les coûts salariaux et énergétiques sont élevés. Comme il est difficile de les attribuer directement à des puces individuelles, les ingénieurs de coûts ont souvent recours à des valeurs de référence spécifiques au site.

Pour les ingénieurs des coûts, l'examen complet de l'IC manufacturing offre une base solide pour identifier les inducteurs de coûts. L'analyse montre que : Les processus frontaux dominent la structure des coûts, notamment à cause de la lithographie et des investissements en équipements. Un calcul des coûts précis et basé sur des données nécessite une compréhension technique détaillée ainsi que la capacité d'évaluer les différences régionales et technologiques.

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Livre blanc : Bottom-up Cost Calculation of Integrated Circuits (PDF)

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