FD-SOI, Làm việc ở 7nm

Hôm nay, CEA-Leti, một phòng thí nghiệm nghiên cứu của Pháp tại Grenoble, đã công bố việc thành lập một dây chuyền thí điểm cho mạch tích hợp kỹ thuật số, tương tự và RF dựa trên FD-SOI 10nm và 7nm tại Châu Âu.

Dòng sản phẩm mang tên Fames Pilot Line sẽ bao gồm bộ nhớ không mất dữ liệu nhúng OxRAM, FeRAM, MRAM và FeFET; công tắc RF, bộ lọc và tụ điện; cuộn cảm tích hợp cho bộ chuyển đổi DC-DC; và tích hợp 3D tuần tự và không đồng nhất để tạo ra các quy trình sản xuất.

Theo các báo cáo trước đây, theo bản thiết kế do chính phủ Pháp xây dựng, Viện Công nghệ thông tin điện tử Pháp (Laboratoire délectronique des technologies de linformation, CEA-Leti) có kế hoạch đầu tư hơn 500 triệu euro trong năm năm để phát triển công nghệ bán tinh thể vàng-oxy cách điện silicon hoàn toàn rỗng (FD-SOI) nhằm đảm bảo quyền tự chủ của quốc gia trong lĩnh vực bán dẫn, đồng thời tuân thủ các yêu cầu của Liên minh châu Âu. Tận dụng lợi thế của công nghệ này để thúc đẩy chuyển đổi sinh thái và kỹ thuật số, với chip FD-SOI 10nm là mục tiêu chính, chúng tôi hy vọng sẽ đáp ứng được các yêu cầu ngày càng tăng về hiệu suất sản phẩm và hiệu quả năng lượng trong các lĩnh vực ô tô, sản phẩm điện thoại di động và Internet vạn vật.

Khoản đầu tư này sẽ chứng kiến ​​việc xây dựng một phòng sạch chuyên dụng rộng 2,000-m2 dự kiến ​​sẽ bắt đầu hoạt động vào đầu năm 2025, với Liên minh châu Âu dự kiến ​​sẽ đóng góp vào quy mô quan trọng cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động R&D và công nghiệp hóa. Mục tiêu chính của việc chuyển giao công nghệ sẽ là nhà máy siêu bán dẫn chung (méga-fab) của ST Microelectronics và Global Foundries tại Crolles, đông nam nước Pháp, nơi sẽ chịu trách nhiệm sản xuất hàng loạt các mạch FD-SOI tiên tiến.

Jean-René Lèquepeys, Giám đốc công nghệ của CEA-Leti, cho biết: "Bằng cách tích hợp và kết hợp một loạt các công nghệ tiên tiến, Dòng sản phẩm Fames Pilot sẽ mở ra cánh cửa cho các kiến ​​trúc hệ thống trên chip mang tính đột phá và cung cấp các giải pháp thông minh hơn, xanh hơn và hiệu quả hơn cho các con chip của tương lai."

"Ít nhất 43 công ty, từ các nhà cung cấp vật liệu và nhà sản xuất thiết bị đến các công ty không có nhà máy, EDA, IDM, công ty hệ thống và người dùng cuối, đã chính thức bày tỏ sự ủng hộ của họ đối với Fames", CEA-Leti cho biết. Tuyến thí điểm sẽ mở cửa cho tất cả các bên liên quan của EU, bao gồm các trường đại học, RTO, SME và các công ty công nghiệp, cũng như tất cả các quốc gia có cùng chí hướng, thông qua các cuộc đấu thầu công khai hàng năm và theo yêu cầu, và sẽ tuân theo một quy trình tuyển chọn công bằng và không phân biệt đối xử. "

Nguồn tài trợ sẽ đến từ các quốc gia thành viên tham gia và "Chips JU", cơ quan EU thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn tiên tiến tại Châu Âu.

"Chips JU hướng đến mục tiêu trở thành chất xúc tác và mô hình cho quan hệ đối tác công tư trong các lĩnh vực quan trọng", Jari Kinaret, Giám đốc điều hành của công ty giải thích. "Dòng sản phẩm thí điểm này sẽ thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ bán dẫn quan trọng và tạo điều kiện cho sự hợp tác giữa nhiều bên tham gia tại Châu Âu". Ngoài dòng sản phẩm thí điểm FD-SOI này, Chip JU sẽ tài trợ cho một dòng sản phẩm thí điểm cho các công nghệ sản xuất IC 2nm và nhỏ hơn.

Thu nhỏ FD-SOI xuống còn 7Nanomet

Trong giai đoạn tham vấn dẫn đến Đạo luật CHIPS, EU đã hỏi ba tổ chức hàng đầu về nghiên cứu vi điện tử – CEA-Leti, imec và Fraunhofer – về cách họ có thể hỗ trợ mục tiêu tăng gấp đôi sản lượng của châu Âu vào năm 2030 và yêu cầu họ tư vấn về lộ trình chiến lược. Các khuyến nghị của họ bao gồm việc thành lập một dây chuyền thí điểm silicon-on-insulator (FD-SOI) cạn kiệt hoàn toàn tại Grenoble, Pháp, để giúp mở rộng quy mô công nghệ quy trình FD-SOI lên 10nm.

Tại sao lại nhắm tới 10 nanomet nếu bạn có thể nhắm tới xa hơn? Ủy viên châu Âu Thierry Breton đã đưa ra một tuyên bố cao hơn, đề xuất thu nhỏ FD-SOI xuống còn 7nm. Có rất nhiều lời chỉ trích, nhưng ông vẫn kiên trì.

Phát biểu tại lễ khánh thành nhà máy Soitec SiC ở Bernand, gần Grenoble, vào tháng 9 năm ngoái, Breton cho biết: "Nếu chúng ta mong muốn đạt được điều này và cùng nhau đạt được ở cấp độ châu Âu, chúng ta có thể đạt được."

"Là một phần của Đạo luật CHIPS, chúng tôi đã phân bổ tiền để tài trợ cho ba dây chuyền thí điểm, bao gồm một dây chuyền thí điểm FD-SOI trị giá 1 tỷ đô la, trên đó chúng tôi sẽ có thể tiến hành mọi thử nghiệm có thể", ông nói với Đại hội đồng. "Chúng tôi sẽ giúp bạn đạt được các quy trình dưới-10nm hoặc thậm chí là 7nm vì bạn phải sẵn sàng cho thị trường trong tương lai".

Cải thiện hiệu suất năng lượng của chất bán dẫn điện được coi là chìa khóa để đạt được tính trung hòa carbon. CEA-Leti tuyên bố rằng FD-SOI nhanh hơn 25% và tiêu thụ ít hơn tới 40% năng lượng so với các bóng bán dẫn tương đương trên silicon thể rắn.

FD-SOI có nguồn gốc từ vùng Grenoble và là trọng tâm nghiên cứu và phát triển chính tại CEA-Leti trong hơn 20 năm. Công nghệ này sử dụng lớp cách điện siêu mỏng và màng silicon rất mỏng trên chất nền silicon để kiểm soát tốt hơn hành vi của bóng bán dẫn. Kiến trúc này cũng cho phép điều chỉnh động tốc độ chuyển mạch trong quá trình vận hành, cung cấp một cách hiệu quả để tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng khi tốc độ ít quan trọng hơn. Do cấu trúc phẳng của nó, FD-SOI ít phức tạp hơn khi sản xuất so với FinFET.

Breton cho biết đã qua rồi cái thời châu Âu chỉ đầu tư vào nghiên cứu và chuyển sản xuất ra nước ngoài. Đạo luật CHIPS sẽ trực tiếp tài trợ hoặc ủy quyền tài trợ cho một cơ sở công nghiệp cạnh tranh của châu Âu trên toàn bộ chuỗi giá trị bán dẫn.

Nhưng việc bảo vệ thị trường nội bộ và chuỗi giá trị công nghiệp của EU đòi hỏi nhiều hơn là tiền. "Chúng tôi sẽ có thể cung cấp hỗ trợ tài chính, nhưng chúng tôi cần công nghệ đột phá", Breton nói. "Chúng tôi sẽ giúp bạn chấp nhận rủi ro vì thị trường đã có, và chúng tôi không thể để Đài Loan và Hoa Kỳ làm điều đó".

Chúng ta không được ngây thơ. Bất kỳ liên minh nào giữa chính trị và công nghiệp cuối cùng cũng sẽ phát triển thành cuộc đấu tranh quyền lực và trọng tài để bảo vệ lợi ích của các phe phái tương ứng và duy trì chuỗi giá trị.

Việc EU theo đuổi chủ quyền công nghệ không có nghĩa là chấm dứt chủ nghĩa cô lập, chủ nghĩa bảo hộ hay thương mại tự do. Mục tiêu của EU là thúc đẩy hợp tác song phương nhiều hơn với các quốc gia có cùng chí hướng và các đối tác chiến lược. Mục tiêu của EU cũng là thực hiện các chính sách công nghiệp, tạo ra đủ năng lực công nghiệp (ví dụ như các nhà máy lớn) và đầu tư vào mọi cấp độ của chuỗi giá trị.

"Nhiệm vụ của chúng tôi không phải là làm mọi thứ ở đây (Châu Âu), mà là duy trì quyền tự chủ chiến lược của chúng tôi", Breton cho biết. "Dự án sẽ xuất hiện. Hiện nay, chúng tôi có 65 dự án đang được triển khai tại Châu Âu, trị giá hơn 100 tỷ euro".

Theo Đạo luật CHIPS, EU sẽ đầu tư 11 tỷ euro trong bảy năm tới thông qua Sáng kiến ​​Chip Châu Âu để phát triển ít nhất ba dây chuyền thí điểm nhằm công nghiệp hóa các quy trình sản xuất quy mô nút hiện đại: một dây chuyền tại imec để phát triển công nghệ quy trình Gate Wrap-Around (GAA) dưới-2nm, một dây chuyền tại CEA-Leti để phát triển công nghệ quy trình FD-SOI lên đến 10nm trở xuống và một dây chuyền tại Viện Fraunhofer để tích hợp hệ thống không đồng nhất.

Nhiều người tin rằng để sử dụng Đạo luật CHIPS để đổi mới trong ngành công nghiệp bán dẫn toàn cầu, EU phải phấn đấu trở thành đơn vị dẫn đầu về thiết kế chip tiên tiến, không nhất thiết phải sản xuất chip. Breton không phải là một trong số đó.

"Tôi xin nói rõ: không có nhà máy, sẽ không có chính sách công nghiệp", ông nói. "Huyền thoại về một công ty không có nhà máy chưa bao giờ có hiệu quả, và chắc chắn là không có hiệu quả trong thế giới hiện đại. Chúng tôi ủng hộ quá trình tái công nghiệp hóa này trong khi vẫn tiếp tục làm việc với các đối tác của mình".

Có thể có những khác biệt về các vấn đề cụ thể, nhưng mẫu số chung luôn là bảo vệ lợi ích chung của EU. "Châu Âu phải giành lại quyền kiểm soát vận mệnh của chính mình", Breton kết luận.