FD-SOI, fonctionne jusqu'à 7 nm

Aujourd'hui, le CEA-Leti, laboratoire de recherche français basé à Grenoble, a annoncé la mise en place d'une ligne pilote de circuits intégrés numériques, analogiques et RF basés sur FD-SOI 10 nm et 7 nm en Europe.

La ligne, appelée Fames Pilot Line, comprendra des mémoires non volatiles intégrées OxRAM, FeRAM, MRAM et FeFET ; des commutateurs, filtres et condensateurs RF ; des inducteurs intégrés pour convertisseurs DC-DC ; et une intégration 3D hétérogène et séquentielle pour créer des processus de fabrication.

Selon les rapports précédents, selon le plan élaboré par le gouvernement français, le Laboratoire d'électronique des technologies de l'information (CEA-Leti) prévoit d'investir plus de 500 millions d'euros en cinq ans pour développer une technologie de semi-cristal d'or-oxygène isolé au silicium (FD-SOI) complètement vide afin de garantir l'autonomie du pays dans le domaine des semi-conducteurs, tout en faisant écho aux exigences de l'Union européenne. En tirant parti des avantages de cette technologie pour promouvoir la transformation écologique et numérique, avec les puces FD-SOI de 10 nm comme objectif principal, nous espérons répondre aux exigences croissantes en matière de performances des produits et d'efficacité énergétique dans les domaines de l'automobile, des produits de téléphonie mobile et de l'Internet des objets.

L'investissement permettra la construction d'une salle blanche dédiée de 2 000 m², dont l'exploitation est prévue début 2025. L'Union européenne devrait contribuer à l'échelle critique nécessaire pour faciliter la R&D et l'industrialisation. La principale cible du transfert de technologie sera la méga-fab (super-fab) commune de ST Microelectronics et Global Foundries à Crolles, dans le sud-est de la France, qui sera responsable de la production en masse de circuits FD-SOI avancés.

Jean-René Lèquepeys, CTO du CEA-Leti, a déclaré : « En intégrant et en combinant une gamme de technologies de pointe, la ligne pilote Fames ouvrira la voie à des architectures de systèmes sur puce disruptives et fournira des solutions plus intelligentes, plus écologiques et plus efficaces pour les puces de demain. »

"Au moins 43 entreprises, des fournisseurs de matériaux et fabricants d'équipements aux entreprises sans usine, aux EDA, aux IDM, aux entreprises de systèmes et aux utilisateurs finaux, ont officiellement exprimé leur soutien à Fames", a déclaré le CEA-Leti. La ligne pilote sera ouverte à toutes les parties prenantes de l'UE, y compris les universités, les RTO, les PME et les entreprises industrielles, ainsi qu'à tous les pays partageant les mêmes idées, par le biais d'appels d'offres publics annuels et sur demande, et suivra un processus de sélection équitable et non discriminatoire. "

Le financement proviendra des États membres participants et de « Chips JU », l'organisme de l'UE qui pilote la fabrication de semi-conducteurs avancés en Europe.

« Chips JU a pour objectif de servir de catalyseur et de modèle pour les partenariats public-privé dans des domaines clés », explique Jari Kinaret, son directeur exécutif. « Cette ligne pilote stimulera le développement de technologies clés de semi-conducteurs et facilitera la collaboration entre plusieurs acteurs en Europe. » En plus de cette ligne pilote FD-SOI, Chip JU financera une ligne pilote pour les technologies de fabrication de circuits intégrés de 2 nm et plus petits.

Réduire le FD-SOI à 7Nanomètres

Lors de la phase de consultation qui a précédé le projet de loi CHIPS, l'UE a demandé aux trois principales institutions de recherche en microélectronique (CEA-Leti, imec et Fraunhofer) comment elles pourraient soutenir l'objectif européen de doubler la production d'ici 2030 et leur a demandé leur avis sur une feuille de route stratégique. Leurs recommandations incluent la mise en place d'une ligne pilote de silicium sur isolant entièrement appauvri (FD-SOI) à Grenoble, en France, pour aider à faire évoluer la technologie du procédé FD-SOI jusqu'à 10 nm.

Pourquoi viser 10 nanomètres si l'on peut viser plus loin ? Le commissaire européen Thierry Breton a fait une proposition plus ambitieuse, en proposant de réduire le FD-SOI à 7 nm. Les critiques ont été nombreuses, mais il a persévéré.

Lors de l'inauguration de l'usine SiC de Soitec à Bernand, près de Grenoble, en septembre dernier, M. Breton a déclaré : « Si nous aspirons à y parvenir et que nous y parvenons ensemble au niveau européen, nous pouvons y parvenir. »

« Dans le cadre de la loi CHIPS, nous avons alloué des fonds pour financer trois lignes pilotes, dont une ligne pilote FD-SOI d'un milliard de dollars, sur laquelle nous pourrons effectuer tous les tests possibles », a-t-il déclaré à l'Assemblée générale. « Nous allons vous aider à réaliser des processus sub-10nm ou même 7 nm car vous devez être prêt pour le marché du futur. »

L’amélioration de l’efficacité énergétique des semi-conducteurs de puissance est considérée comme la clé pour atteindre la neutralité carbone. Le CEA-Leti affirme que le FD-SOI est 25 % plus rapide et consomme jusqu’à 40 % d’énergie de moins que les transistors équivalents sur silicium solide.

Le FD-SOI est né dans la région grenobloise et est au cœur des recherches et développements du CEA-Leti depuis plus de 20 ans. Cette technologie utilise une couche isolante ultra-mince et un film de silicium très fin sur un substrat de silicium pour mieux contrôler le comportement des transistors. L'architecture permet également un réglage dynamique de la vitesse de commutation pendant le fonctionnement, offrant un moyen efficace d'optimiser la consommation d'énergie lorsque la vitesse est moins critique. En raison de sa structure planaire, le FD-SOI est moins complexe à fabriquer que le FinFET.

L'époque où l'Europe investissait uniquement dans la recherche et délocalisait sa production à l'étranger est révolue, a déclaré M. Breton. La loi CHIPS financera directement ou autorisera le financement d'une base industrielle européenne compétitive sur l'ensemble de la chaîne de valeur des semi-conducteurs.

Mais la protection du marché intérieur et des chaînes de valeur industrielles de l'UE ne se limite pas à l'argent. « Nous allons pouvoir apporter un soutien financier, mais nous avons besoin de technologies de pointe », a déclaré M. Breton. « Nous allons vous aider à prendre le risque, car le marché existe et nous ne pouvons pas le laisser à Taiwan et aux États-Unis. »

Il ne faut pas être naïf. Toute alliance entre la politique et l’industrie finira par se transformer en une lutte de pouvoir et un arbitrage visant à préserver les intérêts de leurs factions respectives et à maintenir la chaîne de valeur en mouvement.

La quête de souveraineté technologique de l'UE ne signifie pas la fin de l'isolationnisme, du protectionnisme ou du libre-échange. Elle vise à promouvoir davantage de coopération bilatérale avec des pays partageant les mêmes idées et des partenaires stratégiques. Elle vise également à mettre en œuvre des politiques industrielles, à créer des capacités industrielles suffisantes (par exemple des méga-usines) et à investir à tous les niveaux de la chaîne de valeur.

« Notre mission n'est pas de tout faire ici (en Europe), mais de conserver notre autonomie stratégique », a déclaré M. Breton. « Le projet va se concrétiser. Aujourd'hui, nous avons 65 projets en cours en Europe, valorisés à plus de 100 milliards d'euros. »

Dans le cadre du CHIPS Act, l'UE investira 11 milliards d'euros au cours des sept prochaines années via l'European Chips Initiative pour développer au moins trois lignes pilotes pour industrialiser les processus de production de pointe de la taille d'un nœud : une à l'imec pour le développement de la technologie du processus Gate Wrap-Around (GAA) sub-2nm, une au CEA-Leti pour la technologie du processus FD-SOI jusqu'à 10 nm et moins, et une à l'Institut Fraunhofer pour l'intégration de systèmes hétérogènes.

Beaucoup pensent que pour utiliser la loi CHIPS pour innover dans le secteur mondial des semi-conducteurs, l’UE doit s’efforcer de devenir un leader dans la conception de puces avancées, et pas nécessairement dans leur fabrication. Breton n’en fait pas partie.

« Je veux être clair : sans fab, il ne peut y avoir de politique industrielle », a-t-il déclaré. « Le mythe d’une entreprise sans fab n’a jamais fonctionné, et il ne fonctionne certainement pas dans le monde moderne. Nous soutenons cette réindustrialisation tout en continuant à travailler avec nos partenaires. »

Il peut y avoir des divergences sur des sujets précis, mais le dénominateur commun est toujours la défense des intérêts communs de l'UE. "L'Europe doit reprendre le contrôle de son destin", a conclu M. Breton.