Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme
Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme

FAMES Pilotlinie

Low Power Chips für digitale, analoge und Hochfrequenztechnologien

Low Power Chips für digitale, analoge und Hochfrequenztechnologien

FAMES-Pilotlinie - Innovation in fortgeschrittenen Halbleitertechnologien für eine souveräne europäische Chipindustrie

Eine Pilotlinie innerhalb des EU Chips Act

© CEA-Leti
FAMES Konsortium
© Fraunhofer IPMS
300 mm CMOS-Reinraum des Fraunhofer IPSM - Center Nanoelectronic Technologies in Dresden.

Auf dem Weg zu stromsparenden Chips für digitale, analoge und Hochfrequenz-Technologien: CEA-Leti und Fraunhofer erweitern ihre Zusammenarbeit im Rahmen der FAMES-Pilotlinie, einem bahnbrechenden Projekt zur Förderung von Halbleitertechnologien in Europa. Diese Initiative unterstützt den EU-Chip Act, der darauf abzielt, die technologische Souveränität der EU zu stärken.

Die Pilotlinie FAMES wird fünf neue Technologien entwickeln: 

  • FD-SOI (mit zwei neuen Nodes bei 10nm und 7nm),
  • verschiedene Arten von eingebetteten nichtflüchtigen Speichern (OxRAM, FeRAM, MRAM und FeFETs),
  • Hochfrequenzkomponenten (Schalter, Filter und Kondensatoren),
  • Zwei 3D-Integrationsoptionen (heterogene Integration und sequentielle Integration) und
  • kleine Induktoren zur Entwicklung von DC-DC-Wandlern für integrierte Stromversorgungsschaltungen (Power Management Integrated Circuits, PMIC). 

Das Fraunhofer IPMS im Projekt

Mit der gemeinsamen Expertise von Fraunhofer IPMS und IZM-ASSID bieten wir auf 300 mm eine einzigartige Umgebung zur Entwicklung, Integration und Charakterisierung neuartiger Speichermaterialien und -stacks. Unser Ziel: Den Weg von der Materialidee bis zur funktionsfähigen Speicherlösung entscheidend zu beschleunigen. Dabei fokussieren wir uns auf ferroelektrische Speicher sowie Compute-in-Memory (CiM)-Beschleuniger.

Im folgenden zeigen wir Ihnen unsere Forschungsschwerpunkte im Überblick. 

Integration von Hafniumdioxid (HfO2)-Ferroelektrik

Integration von Hafniumdioxid (HfO2)-Ferroelektrika 

  • Ziel 1: Material-Testplattform mit standardisierten Teststrukturen und angepasster Charakterisierungsumgebung
  • Ziel 2: Waferloop und Integrations-Services für neuartige Memory-Materialien und -Stacks

Unsere Aktivitäten umfassen:

  • Integration von HfO₂-basierten ferroelektrischen Stacks in CMOS des CEA-Leti
  • Array-Evaluierung von FeRAM und FeMFET
  • Elektrische Charakterisierung von Teststrukturen
  • Benchmarking von Material-Stacks
  • Das CEA-Leti wird Nanosekunden-Laser-Annealing auf Fraunhofer-Material durchführen.

Benchmark und Integration von nitridhaltigen Ferroelektrika

Benchmark und Integration von nitridhaltigen Ferroelektrika

Ziel 3: Bewertung von Post-CMOS-Materialien in den Speicherteststrukturen des CEA-LETI

Die wichtigsten Herausforderungen, die im Rahmen von FAMES angegangen werden:

  • Skalierbares „CMOS-freundliches” Integrationskonzept für Nitride
  • Beibehaltung der Materialeigenschaften und Reduzierung von Leckageeffekten

In diesem Arbeitspaket ist auch das Fraunhofer ISIT mit dabei. Es findet eine enge Zusammenarbeit zwischen CEA-Leti und Fraunhofer statt. Dabei designt und stellt CEA-Leti Speicher-Wafer her. Fraunhofer wird darauf neuartige ferroelektrische Materialien integrieren. Der Endprozess kann an beiden Forschungsorganisationen stattfinden. Die finale Charakterisierung wird gemeinsam durchgeführt.

Umweltbewertung hochintegrierter Elektronik

Nahaufnahme der Elektronik in einer Kamera.

Umweltbewertung hochintegrierter Elektronik

Ziel 4: Generierung von Umweltdaten für ferroelektrische Speichertechnologien

 Durch Carbon Footprint Analysen, Life Cycle Assessments (LCA) und weitere Impact-Studien schaffen wir Transparenz und unterstützen die Entwicklung nachhaltiger Technologien.

Unser Ansatz:

  • Technologie- und produktspezifische Analysen vom Halbleiter über das Package bis hin zum Endprodukt
  • Umweltgerechte Konzepte: niedriger Energieverbrauch, bleifreie Lösungen, verlängerte Lebenszyklen, aktives Monitoring & Benchmarking auf Package- und Systemebene

Compute-in-Memory (CiM)-Beschleuniger

Compute-in-Memory (CiM)-Beschleuniger

Ziel 5: Gemeinsamer Beschleuniger als Testplattform für verschiedene ferroelektrische Materialkonzepte

Hiermit schaffen wir eine leistungsfähige Plattform, um unterschiedliche ferroelektrische Materialkonzepte schnell und effizient zu evaluieren. Das IPMS entwickelt hierfür innovative Architekturen und integriert diese in neuartige Beschleuniger- und Array-Strukturen.

Unsere Schwerpunkte:

  • Design & Architektur: Entwicklung von FeMFET-Arrays und neuromorphen Acceleratoren
  • Tapeout 1 (Leti): Basis-Teststrukturen, Bitzellen und Mini-Arrays
  • Tapeout 2 (Leti): Erweiterte Acceleratoren und Arrays für FeMFET und weitere Konzepte

Das FAMES-Konsortium - Partner aus ganz Europa:

  • CEA-Leti (Frankreich)
  • imec (Belgien)
  • Fraunhofer (Deutschland)
  • Tyndall (Irland)
  • VTT (Finnland)
  • CEZAMAT WUT (Polen)
  • UCLouvain (Belgien)
  • Silicon Austria Labs (Österreich)
  • SiNANO Institut (Frankreich)
  • Grenoble INP-UGA (Frankreich)
  • Universität von Granada (Spanien)

Funding note

This project has received funding (2023 – 2028) from Horizon Europe and Partners‘ National Public Authorities under GA N°101182297

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