Úspěšná výměna válečků pro ferroelektrické ukládací materiály mezi Fraunhofer IPMS a CEA-Leti v rámci pilotní linky FAMES

FeFET wafer © Fraunhofer IPMS

Ilustrace ferroelektrických prvků na bázi HfO₂, které umožňují škálovatelné, CMOS-kompatibilní nespalující paměti. Architektura podporuje integraci jak do front-endových (FeFET), tak do back-endových paměťových struktur a zároveň otevírá možnosti pro pokročilé ferroelektrické funkce, jako jsou multiferroické, pyroelektrické a laditelné HF prvky. © Fraunhofer IPMS

Fraunhofer IPMS a CEA-Leti úspěšně dokončily první výměnu ferroelektrických vzorků waferů v rámci pilotní linky FAMES. Tím byl dosažen důležitý milník ve společné evropské platformě pro pokročilé vestavěné nevolatilní paměťové technologie. S tímto úspěchem prokázala pilotní linka, která byla spuštěna v prosinci 2023 a je koordinována CEA-Leti, že je možné vyměňovat a společně zpracovávat složité waferové procesy mezi dvěma předními výzkumnými institucemi v Evropě.

Spolupráce se zaměřuje na výrobu a elektrickou charakterizaci ferroelektrických kondenzátorových vrstev z hafnium-zirkoničitanového oxidu (HZO). Využitím kombinovaných kapacit čistých prostorů CMOS o velikosti 300 mm obou institucí byly wafery v krátkých cyklech výměny, což umožnilo společné hodnocení materiálů, konfigurací elektrod a chování prvků. Při úspěšném zpracování na dvou místech byly také validovány protokoly pro výměnu waferů a kontrolu kontaminace, které jsou implementovány v pilotní lince, a bylo prokázáno, že i složité vrstvy materiálů lze spolehlivě zpracovávat na různých čistých prostorách na všech waferech.

Od laboratoře po výrobní linku – rychleji k systémovým aplikacím

„Úspěšná výměna waferů je důležitým krokem směrem ke společné evropské platformě pro testování materiálů ferroelektrických pamětí,“ říká Dr. Wenke Weinreich, vedoucí oddělení Center Nanoelectronic Technologies Fraunhofer IPMS a člen jedenáctičlenného konsorcia FAMES. „Díky kombinaci naší procesní expertízy s možnostmi CMOS integrace od CEA-Leti nabízí pilotní linka výkonné prostředí pro hodnocení nových ferroelektrických prvků a urychluje jejich cestu k systémovým aplikacím.“

Bezproblémová výměna waferů mezi lokalitami FAMES

„Tato první výměna mezi CEA-Leti a Fraunhofer IPMS ukazuje, že společné procesní postupy, testovací vzorky a charakterizační prostředí mohou fungovat bez problémů mezi lokalitami FAMES,“ vysvětluje koordinátor projektu Dominique Noguet. „Zřízení spolehlivých waferových smyček mezi předními výzkumnými institucemi je nezbytné pro urychlení vývoje ferroelektrických pamětí.“

Vzhledem k budoucnosti tyto waferové smyčky kladou základy pro širší spolupráci ve vývoji. V následujících fázích budou ferroelektrické vrstvy založené na HfO₂ integrované do procesů CEA-Leti-CMOS od Fraunhofer IPMS, následované hodnocením na úrovni políček nových paměťových technologií. Roadmapa zahrnuje také studie variací elektrodaových procesů, dlouhodobé spolehlivosti a přístupů k integraci v Back-End-of-Line.

Současně Fraunhofer IPMS nedávno dokončil první chipový tape-out s technologií 22 nm FDX® od GlobalFoundries a začal výzkum algoritmických architektur AI Compute-in-Memory urychlovačů, které staví na těchto ferroelektrických technologiích.

Tyto snahy společně přispívají k hlavnímu cíli pilotní linky FAMES: poskytnout jednotnou evropskou platformu pro vývoj a validaci nových paměťových technologií – včetně OxRAM, MRAM, FeRAM a FeFET. Podporou společného vývoje materiálů a standardizované charakterizace má FAMES posílit kapacity Evropy pro vývoj a výrobu energeticky úsporných čipových architektur pro budoucnost datového zpracování.