STMicroelectronics Crolles Opportunités de Collaboration avec la Recherche Universitaire

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1 STMicroelectronics Crolles Opportunités de Collaboration avec la Recherche Universitaire 9 juillet Patrick Cogez, Director, Innovation et Recherche Externe patrick.cogez@st.com

2 EPS - Technology Roadmap 2 Prototyping start / /17 CMOS Digital (including RF) 28nm UTBB FD-SOI 14nm UTBB FD-SOI 10nm UTBB FD-SOI CMOS Imaging BiCMOS & Photonics 1.4µP BSI / 1.1µP BSI Photonics 25Gbps 0.9µP BSI BiCMOS 55nm Adv architecture Photonics 40Gbps CMOS envm* (Automotive micro) CMOS envm* (GP/secure micro) 55nm NOR 80nm NOR / 90nm PCM 40nm NOR 40nm NOR 28nm PCM * Logic with embedded memories FD-SOI: Fully Depleted Silicon On Isolator UTBB: Ultra Thin Body and BOX (Buried Oxide) Cooperative R&D through agreement with Foundry BSI: Back-Side Illumination envm: embedded Non-Volatile Memory PCM: Phase-Change Memories

3 Design Enablement Services 3 In an age of nano-scale devices and macro-scale variations where elementary device performance fails to scale with feature size, only comprehensive teamwork between Process Engineers, Circuit Designers, Chip Architects, and System Designers can make major advances DES meets exactly this by creating global design solutions through: Tight cooperation with process development team Product division expertise ranging from: Transistor level Circuit design System level design Clients DES Design Solutions Technologies Libraries Design Flow System Design

4 Technologie Planar FD-SOI : n 1 pour l efficience énergétique 4 Efficience énergétique(dmips/mw) 500% 400% 300% 200% 100% +50% 20% +30% 100% 80% 60% 40% 20% Performance de crête (DMIPS) 3x 7% 0% 0% Vdd

5 FD-SOI: un atout unique 5 Faster Les transistors FD-SOI fonctionnent à des fréquences maximales 30% plus élevées que celles de transistors bulk CMOS, ce qui permet des processeurs plus rapides. Cet avantage rend les produits plus performants pour la vie de tous les jours. Cooler Les transistors FD-SOI sont bien plus économes à puissance égale que les transistors bulk CMOS. Le courant de fuite est réduit et la zone de points d opération est étendue lors d un fonctionnement à basses tensions. Cet avantage permet des produits qui chauffent moins et à l autonomie augmentée. Simpler Le FD-SOI implique des procédés de fabrication bien plus simples que ceux requis par d autres technologies, et qui s appliquent très bien aux infrastructures existantes. Le portage du bulk au FD-SOI au niveau conception est simple et rapide.

6 Besoins R&D technologique Crolles CMOS digital et RF 6 Intégration? Collaborations industrielles et Grandes centrales technologiques Court Moyen terme Métrologie, modélisation, caractérisation (physique et électrique) OPC Long terme Nouveaux devices : Tunnel FET, Nanofils Matériaux : mobilité (graphène, III-V), conductivité thermique, résistivité Interconnects : Quel candidat après Cu? Lithographie Optical Proximity Correction pour EUV? Résines Technologies alternatives : auto-assemblage, nano-imprint, autres? 15/07/2014

7 3D Si-Photonic approach at ST Analog & Digital IC (EIC) on Photonics (PIC) 3D partitioning EIC and PIC are connected together via Copper Pillars and to the external world with wire bonding IN and OUT optical signals conveyed via a fiber array from/ to the PIC Laser light source can be either assembled on top of the PIC or external 2D circuit (Logic + Photonics) 3D Logic/Analog on Photonics Advantages of the 3D approach (versus Optics & Electronics on the same chip) 3D solution provides better system flexibility and efficiency on Digital treatment, electrical to photonic interface, photonic device performances optimisation Process optimization without compromise with the electronics No redevelopment of the electronic part (Devices & Libraries) in the specific SOI photonic substrate at each photonic data rate node Package lid Fiber array: EIC 2x 4 PIC PCB :Epoxy or Alumina Package Cu Pillars Laser I/O PCB 7 27/03/2012

8 Besoins R&D technologique Crolles CMOS Imaging, BiCMOS et Photonique 8 BiCMOS HBT GHz et au-delà (THz) Note : Besoins de caractérisation et modélisation bien couverts Photonique Dispositifs optiques hors data communication : biophotonique, capteurs, fonctions de calcul Emetteurs hors III-V (II-VI, laser Si?) Nouvelles méthodes de conception des dispositifs Plasmonique Autres milieux que le silicium Imaging Efficacité des imagers, diminution des courants de fuite Nouveaux dispositifs : Single Photon Avalanche Diode, autres? Modélisation 15/07/2014

9 Besoins R&D technologique Crolles envm 9 RRAM Matériaux Modélisation Caractérisation électrique et physique STT-RAM Veille technologique 15/07/2014

10 Besoins R&D technologique Crolles - Autres Modélisation Multi-échelle, multi-physique (process, électromagnétique, mécanique, thermique) Y compris pour les assemblages 3D Mathématiques pour stratégies de fiabilité et variabilité 10 Caractérisation Mesures grands signaux et non-quasi statiques à développer (modèle et caractérisation) Energy harvesting Conversion électro-thermo-mécanique bien couverte avec IEMN et LN2. Autres principes physiques? Autres? Veille technologique Matériaux : Graphene, MoS2 15/07/2014

11 The boom of connected devices Billion 50 Billion Wearable Healthcare Wellness Connected "devices" * Excluding Mobile phones, tablets & PCs x200 Car infotainment Intelligent buildings Home automation Industrial Utilities Mobile phones, Tablets & PCs x3 Hubs & Gateway x4 Infrastructure x2 Source: PiperJaffray / Cisco

12 Besoins R&D Crolles Conception Digitale 12 IoT : Ultra basse consommation, ultra basse tension Zero namp retention memory solution Capteurs d images ULP aujourd hui MIPI = 100 mamp nouvelles architectures pour capter/traiter avec meilleure efficacité énergétique (sortie sur un bus lent ). Applications détection. Power management pour Ultra wide voltage range ULV pour IofT & medical devices Convertisseurs DC/DC ULV ( V) à haut rendement énergétique «Big data» : Algorithmes et implémentation sur silicium Data analytics Traitement du signal pour aider à la localisation Sécurité, fiabilité, tolérance aux fautes Certification automobile «safety» norme ISO /07/2014

13 Communication Besoins R&D Crolles Conception AMS, RF and mmw filaire / optique : Conception de la puce optique, et du «companion chip» sans fil haut débit «Backhaul» : Infrastructure à mobile, infrastructure à infrastructure Radio adaptative Radio ULP pour l internet des objets 13 Autres applications mmw to THz Radar millimétrique THz imaging : RX/TX pour réflectométrie (radar-like) Besoins transverses Référence de fréquence autre que quartz (stabilité température, temps et lowpower) 50nAmp Analogue Ultra Basse Tension (0.5V et en dessous) Conversion de données DAC/ADC (contraintes de tension et consommation) Intégration hétérogène : Partitionnement système, co-conception des circuits en vue de l intégration (CAD flow) 15/07/2014

14 Besoins R&D Crolles Sciences du Manufacturing 14 Mots clés : «Wafers out», temps de cycle et rendements Gestion des flux de production Flux réentrants Contraintes d enchaînement Qualification des équipements Equipements multi-chambres Process Control en flux de production «stressant» Équipements en limite de capabilité Co-existence de produits mûrs et de prototypes Parc équipement en constante évolution Statistiques, «Big data», gestion des connaissances, gestion des risques 15/07/2014

15 Merci! Questions?