FD-SOI, Arbeiten bis 7 nm

Heute gab CEA-Leti, ein französisches Forschungslabor in Grenoble, die Einrichtung einer Pilotlinie für digitale, analoge und HF-integrierte Schaltkreise basierend auf 10 nm und 7 nm FD-SOI in Europa bekannt.

Die Linie mit dem Namen Fames Pilot Line wird eingebetteten nichtflüchtigen Speicher der Marken OxRAM, FeRAM, MRAM und FeFET, HF-Schalter, Filter und Kondensatoren, integrierte Induktoren für DC-DC-Wandler sowie heterogene und sequentielle 3D-Integration zur Erstellung von Fertigungsprozessen umfassen.

Früheren Berichten zufolge plant das Französische Institut für Informationstechnologie-Elektronik (Laboratoire délectronique des technologies de linformation, CEA-Leti) gemäß dem von der französischen Regierung formulierten Plan, innerhalb von fünf Jahren mehr als 500 Millionen Euro in die Entwicklung einer vollständig leeren siliziumisolierten Gold-Sauerstoff-Halbkristalltechnologie (FD-SOI) zu investieren, um die Autonomie des Landes im Bereich der Halbleiter zu gewährleisten und gleichzeitig die Anforderungen der Europäischen Union zu erfüllen. Indem wir die Vorteile dieser Technologie nutzen, um die ökologische und digitale Transformation voranzutreiben, mit 10-nm-FD-SOI-Chips als Hauptziel, hoffen wir, die steigenden Anforderungen an Produktleistung und Energieeffizienz in den Bereichen Automobile, Mobiltelefonprodukte und Internet der Dinge zu erfüllen.

Im Rahmen der Investition soll ein 2.000 Quadratmeter großer Reinraum errichtet werden, der voraussichtlich Anfang 2025 in Betrieb gehen wird. Die Europäische Union soll dabei den kritischen Beitrag leisten, der für die Förderung von Forschung und Entwicklung sowie Industrialisierung erforderlich ist. Das Hauptziel des Technologietransfers ist die gemeinsame Super-Halbleiterfabrik (Méga-Fab) von ST Microelectronics und Global Foundries in Crolles im Südosten Frankreichs, die für die Massenproduktion fortschrittlicher FD-SOI-Schaltkreise verantwortlich sein wird.

Jean-René Lèquepeys, CTO von CEA-Leti, sagte: „Durch die Integration und Kombination einer Reihe hochmoderner Technologien wird die Fames Pilot Line die Tür zu disruptiven System-on-Chip-Architekturen öffnen und intelligentere, umweltfreundlichere und effizientere Lösungen für die Chips von morgen bieten.“

„Mindestens 43 Unternehmen, von Materiallieferanten und Geräteherstellern bis hin zu Fabless-Unternehmen, EDAs, IDMs, Systemunternehmen und Endnutzern, haben offiziell ihre Unterstützung für Fames zum Ausdruck gebracht“, sagte CEA-Leti. Die Pilotlinie wird allen EU-Beteiligten, darunter Universitäten, RTOs, KMU und Industrieunternehmen, sowie allen gleichgesinnten Ländern über jährliche öffentliche Ausschreibungen und auf Anfrage offen stehen und einem fairen und diskriminierungsfreien Auswahlverfahren folgen.“

Die Finanzierung erfolgt durch die teilnehmenden Mitgliedsstaaten und „Chips JU“, das EU-Gremium, das die fortschrittliche Halbleiterproduktion in Europa vorantreibt.

"Chips JU will als Katalysator und Modell für öffentlich-private Partnerschaften in Schlüsselbereichen dienen", erklärt Jari Kinaret, der geschäftsführende Direktor. "Diese Pilotlinie wird die Entwicklung wichtiger Halbleitertechnologien vorantreiben und die Zusammenarbeit zwischen mehreren Akteuren in Europa erleichtern." Zusätzlich zu dieser FD-SOI-Pilotlinie wird Chip JU eine Pilotlinie für 2-nm- und kleinere IC-Fertigungstechnologien finanzieren.

Reduzieren Sie FD-SOI auf 7Nanometer

Während der Konsultationsphase im Vorfeld des CHIPS Act fragte die EU die drei führenden Institutionen der Mikroelektronikforschung – CEA-Leti, imec und Fraunhofer –, wie sie Europas Ziel einer Verdoppelung der Produktion bis 2030 unterstützen könnten, und bat um ihren Rat zu einem strategischen Fahrplan. Ihre Empfehlungen umfassen die Einrichtung einer Pilotlinie für vollständig abgereichertes Silizium auf Isolator (FD-SOI) in Grenoble, Frankreich, um die FD-SOI-Prozesstechnologie auf 10 nm zu skalieren.

Warum 10 Nanometer anstreben, wenn man auch weiter weg zielen kann? EU-Kommissar Thierry Breton hat höhere Ansprüche gestellt und vorgeschlagen, FD-SOI auf 7 nm zu verkleinern. Er erntete dafür viel Kritik, aber er blieb hartnäckig.

Bei der Einweihung der Soitec-SiC-Fabrik in Bernand bei Grenoble im vergangenen September sagte Breton: „Wenn wir dieses Ziel anstreben und es gemeinsam auf europäischer Ebene erreichen, können wir es erreichen.“

"Im Rahmen des CHIPS Act haben wir Mittel für die Finanzierung von drei Pilotlinien bereitgestellt, darunter eine 1-Milliarden-Dollar-FD-SOI-Pilotlinie, auf der wir alle möglichen Tests durchführen können", sagte er der Generalversammlung. "Wir werden Ihnen helfen, Sub-10nm- oder sogar 7nm-Prozesse zu erreichen, denn Sie müssen für den Markt der Zukunft bereit sein."

Die Verbesserung der Energieeffizienz von Leistungshalbleitern gilt als Schlüssel zur Erreichung der Kohlenstoffneutralität. CEA-Leti behauptet, dass FD-SOI 25 % schneller ist und bis zu 40 % weniger Energie verbraucht als vergleichbare Transistoren auf Festkörpersilizium.

FD-SOI stammt aus der Region Grenoble und ist seit mehr als 20 Jahren der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung bei CEA-Leti. Diese Technologie verwendet eine ultradünne Isolierschicht und einen sehr dünnen Siliziumfilm auf einem Siliziumsubstrat, um das Transistorverhalten besser zu steuern. Die Architektur ermöglicht auch eine dynamische Anpassung der Schaltgeschwindigkeit während des Betriebs und bietet so eine effiziente Möglichkeit, den Stromverbrauch zu optimieren, wenn die Geschwindigkeit weniger kritisch ist. Aufgrund seiner planaren Struktur ist die Herstellung von FD-SOI weniger komplex als die von FinFET.

Die Zeiten, in denen Europa nur in Forschung investierte und die Produktion ins Ausland verlagerte, seien vorbei, sagte Breton. Der CHIPS Act werde eine wettbewerbsfähige europäische Industriebasis entlang der gesamten Halbleiter-Wertschöpfungskette direkt finanzieren oder die Finanzierung genehmigen.

Doch um den EU-Binnenmarkt und die industriellen Wertschöpfungsketten zu schützen, bedarf es mehr als nur Geld. "Wir werden in der Lage sein, finanzielle Unterstützung zu leisten, aber wir brauchen bahnbrechende Technologien", sagte Breton. "Wir werden Ihnen helfen, das Risiko einzugehen, denn der Markt ist da, und wir können es nicht Taiwan und den Vereinigten Staaten überlassen."

Wir dürfen nicht naiv sein. Jede Allianz zwischen Politik und Industrie wird sich letztlich zu einem Machtkampf und einem Schlichtungsverfahren entwickeln, um die Interessen der jeweiligen Fraktionen zu wahren und die Wertschöpfungskette in Gang zu halten.

Das Streben der EU nach technologischer Souveränität bedeutet nicht das Ende von Isolationismus, Protektionismus oder Freihandel. Ziel ist vielmehr eine stärkere bilaterale Zusammenarbeit mit gleichgesinnten Ländern und strategischen Partnern. Darüber hinaus sollen Industriepolitiken umgesetzt, ausreichende industrielle Kapazitäten (z. B. Megafabriken) geschaffen und auf allen Ebenen der Wertschöpfungskette investiert werden.

„Unsere Mission ist nicht, hier (in Europa) alles zu machen, sondern unsere strategische Autonomie zu wahren“, sagte Breton. „Die Projekte werden kommen. Heute haben wir in Europa 65 Projekte in der Pipeline, mit einem Gesamtwert von mehr als 100 Milliarden Euro.“

Im Rahmen des CHIPS Act wird die EU über die European Chips Initiative in den nächsten sieben Jahren 11 Milliarden Euro investieren, um mindestens drei Pilotlinien für die Industrialisierung modernster Produktionsprozesse in Knotengröße zu entwickeln: eine beim Imec für die Entwicklung der Sub-2nm Gate Wrap-Around (GAA)-Prozesstechnologie, eine beim CEA-Leti für FD-SOI-Prozesstechnologie bis 10 nm und darunter und eine beim Fraunhofer-Institut für heterogene Systemintegration.

Viele sind der Meinung, dass die EU, um den CHIPS Act für Innovationen in der globalen Halbleiterindustrie nutzen zu können, eine führende Rolle im Bereich des fortschrittlichen Chipdesigns anstreben muss, nicht unbedingt in der Chipherstellung. Breton gehört nicht zu diesen Leuten.

"Lassen Sie mich das klarstellen: Ohne Fabriken kann es keine Industriepolitik geben", sagte er. "Der Mythos eines Unternehmens ohne Fabriken hat noch nie funktioniert, und er funktioniert in der modernen Welt ganz sicher nicht. Wir unterstützen diese Reindustrialisierung und arbeiten weiterhin mit unseren Partnern zusammen."

Es mag Meinungsverschiedenheiten in bestimmten Fragen geben, doch der gemeinsame Nenner sei immer die Verteidigung der gemeinsamen Interessen der EU. „Europa muss die Kontrolle über sein eigenes Schicksal zurückgewinnen“, schloss Breton.