Udany wymiana magazynek dla materiałów ferroelektrycznych między Fraunhofer IPMS a CEA-Leti w ramach linii pilotażowej FAMES

FeFET wafer © Fraunhofer IPMS

Ilustracja ferroelektrycznych elementów na bazie HfO₂, umożliwiających skalowalne, kompatybilne z CMOS nieulotne pamięci. Architektura wspiera integrację zarówno w strukturach pamięci na przednim (FeFET), jak i tylnym etapie, jednocześnie otwierając możliwości dla zaawansowanych funkcji ferroelektrycznych, takich jak multiferroiczne, piezoelektryczne i dostrajane elementy HF. © Fraunhofer IPMS

Fraunhofer IPMS i CEA-Leti pomyślnie zakończyły pierwszy wymianę ferroelektrycznych wafli pamięciowych w ramach pilotażowej linii FAMES. Tym samym osiągnięto ważny kamień milowy na wspólnej europejskiej platformie dla zaawansowanych, osadzonych, nieulotnych technologii pamięci. Z tym sukcesem, pilotażowa linia uruchomiona w grudniu 2023 roku i koordynowana przez CEA-Leti, udowodniła, że złożone procesy waflowe mogą być wymieniane i wspólnie opracowywane pomiędzy dwoma wiodącymi instytutami badawczymi w Europie.

Współpraca koncentruje się na produkcji i elektrycznej charakteryzacji stosów kondensatorów ferroelektrycznych z hafnionu-zirkonowego (HZO). Wykorzystując połączone możliwości czystego pomieszczenia CMOS o rozmiarze 300 mm obu instytutów, wafle wymieniano w krótkich cyklach procesowych, aby umożliwić wspólną ocenę materiałów, konfiguracji elektrod i zachowania elementów. Przy pomyślnym przetwarzaniu w dwóch lokalizacjach, zweryfikowano również protokoły wymiany wafli i kontroli kontaminacji zaimplementowane w pilotażowej linii, wykazując, że złożone stosy materiałowe mogą być niezawodnie przetwarzane na różnych czystych pomieszczeniach na wszystkich waflach.

Od laboratorium do fabryki – szybciej do zastosowań na poziomie systemu

»Pomyślna wymiana wafli to ważny krok w kierunku wspólnej europejskiej platformy testowej materiałów dla ferroelektrycznych pamięci«, mówi dr Wenke Weinreich, kierownik Centrum Technologii Nanoelektronicznych Fraunhofer IPMS i członek jedenastoosobowego konsorcjum FAMES. »Dzięki połączeniu naszej wiedzy procesowej z możliwościami integracji CMOS CEA-Leti, pilotażowa linia zapewnia silne środowisko do oceny nowych elementów ferroelektrycznych i przyspiesza ich drogę do zastosowań na poziomie systemu.«

Bezproblemowa wymiana wafli między lokalizacjami FAMES

»Ten pierwszy wymiana pomiędzy CEA-Leti a Fraunhofer IPMS pokazuje, że wspólne procesy, testowe modele i środowiska charakteryzacji mogą działać bezproblemowo między lokalizacjami FAMES«, wyjaśnia koordynator projektu Dominique Noguet. »Ustanowienie niezawodnych pętli waflowych między wiodącymi instytutami badawczymi jest niezbędne do przyspieszenia rozwoju ferroelektrycznych pamięci.«

Patrząc w przyszłość, pętle wafli kładą podwaliny pod szerszą współpracę w rozwoju. W kolejnych etapach, stosy ferroelektryczne oparte na HfO₂ będą integrowane w procesach CMOS CEA-Leti przez Fraunhofer IPMS, a następnie będą przeprowadzane oceny na poziomie macierzy nowych technologii pamięci. Plan rozwoju obejmuje również badania nad wariantami procesów elektrod, długoterminową niezawodnością i podejściami do integracji w końcowej fazie produkcji (Back-End-of-Line).

Równocześnie Fraunhofer IPMS niedawno zakończył pierwszy chip-tape-out z technologią 22-nm FDX® od GlobalFoundries i rozpoczął badania nad architekturami przyspieszaczy obliczeń AI typu compute-in-memory opartych na tych technologiach ferroelektrycznych.

Razem te działania przyczyniają się do głównego celu pilotażowej linii FAMES: zapewnienia jednolitej europejskiej platformy do rozwoju i walidacji nowych technologii pamięci — w tym OxRAM, MRAM, FeRAM i FeFET. Poprzez wspieranie wspólnego rozwoju materiałów i standaryzacji charakteryzacji, pilotażowa linia FAMES ma na celu wzmocnienie zdolności Europy do rozwoju i produkcji energooszczędnych architektur chipów przyszłej generacji, niezbędnych dla przyszłości przetwarzania danych.