Présentation_General_Ferrie_Soiree du 3 decembre 2012_V7.pdf

23/12/2012
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OAI : oai:www.see.asso.fr:1150:3300
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	    <date dateType="Updated">Mon 25 Jul 2016</date>
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		http://www-leti.cea.fr/fr/Les-actualites/Prix-du-General-Ferrie-2012
	
		http://www.reuters.com/article/2012/12/05/idUS138804+05-Dec-2012+HUG20121205
	
		http://www.advancedsubstratenews.com/2012/12/four-researchers-from-stmicroelectronics-and-leti-have-received-the-2012-general-ferrie-award/
	
		http://www.academie-technologies.fr/fr/actualite/rid/26/rtitle/action-nationale/lid/ltitle/rid2/1060/r2title/grand-prix-de-lelectronique-general-ferrie-2012.html

 
 
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Le FDSOI : une rupture technologique majeure pour la poursuite de la miniaturisation des circuits électroniques Olivier Faynot, CEA/LETI Stéphane Monfray, STMicroelectronics Claire Fenouillet-Beranger, CEA/LETI Frédéric Bœuf, STMicroelectronics Un Besoin de Nouvelles Architectures de Transistors MOS Olivier Faynot, CEA/LETI 80 70 40 40 Une personne utilise chaque jour ~250 circuits électroniques Le monde de la microélectronique 3 à la maison : machine à laver, CD, TV, DVD, Blu- Ray… en voiture : ouverture de portes, GPS, ABS, Air Bag, Radio… au travail : Imprimantes, scanners, PC… ailleurs: Distributeur de billets, Téléphone mobile… 1 milliard de transistors utilisés par personne et par jour en 2008 La loi de Moore 4 120 nm 90 nm 65 nm 45 nm 32 nm • La densité d’intégration double tous les 18 à 24 mois • La surface est divisée par 16 en 8 ans Impact de la loi de Moore 5 4x4 µm² 500x500 nm² contact M 1 M 1 M 1 contact M 1 M 1 M 1 Les défis de la miniaturisation: • Intégration technologique (lithographie…) • Intégrité du transistor face aux effets parasites • Variabilité sur des centaines de millions de composants Transistor MOS Roadmap ITRS 6 65nm 45nm Introduction de « boosters » technologiques sur silicium massif Changement d’architecture = révolution dans le monde de la micro-électronique! La grille ne contrôle plus correctement le dispositif sur silicium massif 28nm Transistor FinFET : 3D Transistor Planaire FDSOI Compétition Internationale 7 Transistor 22nm INTEL Tri-Gate M.Bohr, mai 2011 T.Skotnicki, SOI conf 2011 Transistor 28nm ST FDSOI L’écosystème Grenoblois 8 CEA-LETI-MINATEC Grenoble STMicroelectronics Crolles et Grenoble Du silicium massif aux films minces 9 Stephane Monfray, STMicroelectronics 10Du silicium massif aux films minces Xj Silicium massif: Effets parasites importants FDSOI avec oxyde enterré épais: Effets parasites réduits isolant TBOX TSi TBOX TSi FDSOI avec oxyde enterré fin: Effets parasites supprimés Substrat dopé isolant En 2000, pas de substrats adaptés disponibles: développement d’une technologie « maison » Couplage electrostatique 2000-2010: la technologie SON 11 Substrat Si SiGe Si STI STI STISTISTI STI Si Si isolant Substrat Si Substrat Si Monfray et al. IEDM 2004 Chanemougame Monfray et al. IEDM 2007 Huguenin et al. VLSI 2010 1er circuits Optimisation des  performances Monfray et al. IEDM 2001 1er transistors Concept T.Skotnicki M.Jurczak IEEE TED 2000 Bidal et al. VLSI 2008, IEDM 2009 2000-2010: la technologie SON pour démontrer les avantages des films minces 12 Huguenin et al. VLSI 2010 • Modulation de la tension de seuil par polarisation face arrière localisée • Co-intégration avec des transistors sur Si-massif Technologie support au FDSOI pour démontrer l’intérêt des films minces Introduction du FDSOI a films minces 13 2000 2004 2008 2010 Technologie SON Technologie FDSOI substrats avec BOX épais Technologie FDSOI substrats avec BOX mince Du FDSOI BOX mince vers la plateforme circuit 14 C. Fenouillet-Beranger, CEA/LETI/Minatec-campus 2006-2012: Vers une plateforme FDSOI BOX mince 15 2006 2008 2010 2012 Dispositifs FDSOI BOX mince Démonstration des premiers circuits et multi-VT Vers la plateforme FDSOI C. Gallon et al. SOI Conf 2006 C. Fenouillet‐Beranger et  al. ESSDERC 2008 et 2009 Multi-VT et applications 16 p-type n-type n-wellp-well 25nm BOX25nm BOX Ajustement de la tension de seuil des transistors pour les différentes éléments d’un circuit (VT= Tension à laquelle le transistor passe en conduction) 1.E-11 1.E-10 1.E-09 1.E-08 1.E-07 1.E-06 1.E-05 1.E-04 1.E-03 -1.1 -0.9 -0.7 -0.5 -0.3 -0.1 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 Vg(V) Id(A/µm)@Vdl1.1lV PMOS LVT family Lg 40nm Tbox 10nm Vb=-1.1V to 1.1V /0.1V Vb=1.1V to -1.1V /-0.1V HfO2 2.5nm ALD TiN 10nm NMOS C. Fenouillet‐Beranger et al. VLSI 2010 Démonstration de circuits simples 17 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Vin, Vout(V) Vout,Vin(V) Vb from -1.1V to 1.1V 0.299µm 2 Tbox 10nm LVT family Vd 1.1V 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 Vin, Vout(V) Vout,Vin(V) Vb from -1.1V to 1.1V 0.299µm 2 Tbox 10nm LVT family Vd 1.1V SRAM (Static Random Memory) 0.1 1 10 100 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Isb(Vpwell)/Isb(0V) Vpwell(V) 1024 Bitcells 0.374µm2 FDSOI Bulk ‐2dec 0.1 1 10 100 1000 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Isb(Vpwell)/Isb(0V) Vpwell(V) 1024 Bitcells 0.374µm2 FDSOI Bulk ‐2dec C. Fenouillet‐Beranger et al. ULIS 2012 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Vout (V) Vin(V) Vdd 0,9V; 1V; 1,1V; 1,2V Bitcell 0.499µm2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Vout (V) Vin(V) Vdd 0,9V; 1V; 1,1V; 1,2V Bitcell 0.499µm2 SRAM 6T 0.499µm2 BOX mince sans polarisation face arrière C. Fenouillet‐Beranger et al  ESSDERC 2008 SRAM 6T 0.299µm2 BOX mince et polarisation face arrière Fuite Polarisation caisson des NMOS SRAM 6T 0.124µm2 C. Fenouillet‐Beranger et al. VLSI 2010 Vers un intégration hybride 18 C. Fenouillet-Beranger et al IEDM 2009 -Pour les prises des transistors (multi-VT) -Pour les dispositifs pas complètement compatibles avec les films très minces : -Faible conductivité du film (ESD) -Forte résistance thermique du BOX -Intégration hybride Les Applications (Stratégiques) Du FDSOI au Marché des Télécoms 19 Frédéric Bœuf, STMicroelectronics L’Explosion du Marché « Wireless » 0 500 1000 1500 2000 2500 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 M Units Smartphones Smart TVs STB Smart Cars Tablets Mobile PCs Source: ABI Research, IHS-iSuppli, IMS Research Display Search, Strategy Analytics, ST-Ericsson Le segment des Smartphones représentera 60% du marché total des semiconducteurs pour les applications sans fil d’ici à 2015, dans un marché qui aura triplé depuis 2010 3X Que Fait-on avec un Smartphone ? 21 Des transitors plus rapides sont nécessaires pour les applications mobiles! Tout sauf téléphoner ! (<10% du temps) • Internet+eMail+Réseaux sociaux = 42% • Musique/Jeux/Film/Livre = 38% Source: News & Views from O2 June, 2012 2000 2010200590’s 2011 2012 2014 ... 2.5 GHz + La Convergence Multimédia 22 Cray (1983) • Calcul Scientifique (Physique, Biologie, Automobile) • 7 DMIPS , 15M$ SmartPhone with Cortex A15 • 7000 DMIPS, 500$ Plus de vitesse, mais avec une consommation reduite FDSOI : Un Transistor Rapide & Efficace! 23 EfficacitéEnergétique (DMIPS/mW) PerformancePic (DMIPS) Alimentation( Vdd) Basse Tension Vdd Ref. 3x 35% Conclusions • Dès le début des années 2000, les prévisions à long terme réalisées par STMicroelectronics et le CEA montraient les limitations des architectures conventionnelles à partir du nœud 32nm et avaient identifié les films minces de Silicium comme la bonne solution • Notre choix s’est porté sur une architecture planaire avec un isolant mince par opposition à une architecture 3D, car celle-ci est plus simple à mettre en œuvre et plus flexible d’un point de vu design de circuit • Apres 10 ans de recherche, permettant de démontrer l’intérêt de ces structures… • … le marché des télécommunications personnelle mobile est maintenant demandeur de ce type de transistors, ce qui fait du FDSOI un élément essentiel de la stratégie de STMicroelectronics 24 Remerciements • Thomas Skotnicki et Simon Deleonibus, en charge des équipes de Dispositifs Avancés, respectivement à STMicroelectronics de 2000 à 2010 et au LETI entre 2000 et 2008 • Leurs doctorants ayant contribué à ces études : O. Weber, F. Andrieu, D. Chanemougame, L. Pham-Nguyen, C. Gallon, E. Batail, G. Bidal, J-L. Huguenin, T. Benoist, I. Ben-Akkez, J. Lacord, J. Mazurier • Les plateformes technologiques de ST et du LETI • Les équipes travaillant aujourd’hui à l’industrialisation des technologies 28nm FDSOI et 14nm FDSOI • Le management de STMicroeletronics et du CEA-LETI pour leur constant support.