Échange réussi de capteurs pour les matériaux de stockage ferroélectriques entre Fraunhofer IPMS et CEA-Leti dans le cadre de la ligne pilote FAMES

Wafer FeFET © Fraunhofer IPMS

Illustration de composants ferroélectriques à base de HfO₂, permettant des mémoires non volatiles évolutives et compatibles CMOS. L'architecture supporte l'intégration aussi bien dans des structures de mémoire en front-end (FeFET) qu'en back-end, tout en ouvrant des possibilités pour des fonctions ferroélectriques avancées telles que multiferroïques, pyroélectriques et des composants HF réglables. © Fraunhofer IPMS

Le Fraunhofer IPMS et le CEA-Leti ont réussi la première étape d’échange de plaquettes de mémoire ferroélectrique dans la ligne pilote FAMES. Il s’agit d’une étape importante dans la mise en place d’une plateforme européenne commune pour les technologies de mémoire intégrée non volatile avancée. Grâce à ce succès, la ligne pilote lancée en décembre 2023 et coordonnée par le CEA-Leti a démontré que des processus complexes de fabrication de plaquettes peuvent être échangés et traités conjointement entre deux instituts de recherche leaders en Europe.

La collaboration se concentre sur la fabrication et la caractérisation électrique de piles de condensateurs ferroélectriques en hafnium-zirconium-oxyde (HZO). En utilisant les capacités combinées des salles blanches CMOS de 300 mm des deux instituts, les plaquettes ont été échangées en cycles courts pour permettre une évaluation commune des matériaux, des configurations d’électrodes et du comportement des composants. Lors du traitement réussi dans deux sites, les protocoles d’échange de plaquettes et de contrôle de la contamination, mis en œuvre dans la ligne pilote, ont été validés, montrant que même des empilements de matériaux complexes dans différentes salles blanches peuvent être traités de manière fiable sur toutes les plaquettes.

De la R&D à la fabrication – plus rapidement vers les applications au niveau système

»L’échange réussi de plaquettes constitue une étape importante vers une plateforme européenne commune de test des matériaux pour les mémoires ferroélectriques«, déclare Dr. Wenke Weinreich, responsable du Centre Nanoelectronic Technologies du Fraunhofer IPMS et membre du consortium FAMES à onze membres. »En combinant notre expertise en processus avec les capacités d’intégration CMOS du CEA-Leti, la ligne pilote offre un environnement puissant pour l’évaluation de nouveaux composants ferroélectriques et accélère leur chemin vers des applications au niveau système.«

Échange fluide de plaquettes entre les sites FAMES

»Ce premier échange entre le CEA-Leti et le Fraunhofer IPMS montre que des processus communs, des véhicules d’essai et des environnements de caractérisation peuvent fonctionner sans interruption entre les sites FAMES«, explique le coordinateur du projet, Dominique Noguet. »Mettre en place des boucles de plaquettes fiables entre instituts de recherche de premier plan est essentiel pour accélérer le développement des mémoires ferroélectriques.«

Pour l’avenir, ces boucles de plaquettes posent les bases d’une collaboration plus large dans le développement. Dans les phases suivantes, des empilements ferroélectriques à base de HfO₂ du Fraunhofer IPMS seront intégrés dans des processus CMOS du CEA-Leti, suivis d’évaluations à l’échelle des matrices de nouvelles technologies de mémoire. La feuille de route inclut également des études sur les variations de processus des électrodes, la fiabilité à long terme et les approches d’intégration en fin de ligne (Back-End-of-Line).

Parallèlement, le Fraunhofer IPMS a récemment achevé un premier tape-out de puce avec la technologie FDX® 22 nm de GlobalFoundries et a commencé la recherche sur des architectures accélératrices de mémoire de calcul basée sur l’IA utilisant des algorithmes, s’appuyant sur ces technologies ferroélectriques.

Ensemble, ces efforts contribuent à la mission centrale de la ligne pilote FAMES : fournir une plateforme européenne unifiée pour le développement et la validation de nouvelles technologies de mémoire – notamment OxRAM, MRAM, FeRAM et FeFET. En favorisant le développement conjoint de matériaux et une caractérisation standardisée, la ligne pilote FAMES renforcera la capacité de l’Europe à développer et produire des architectures de puces économes en énergie, indispensables pour l’avenir du traitement des données de nouvelle génération.