En microélectronique, le collage moléculaire a ouvert une voie d’intégration très efficace à 3D, permettant d’empiler les uns sur les autres plusieurs niveaux de composants microélectroniques réalisés au départ sur des substrats différents. Lors de ces étapes de collage, un alignement relatif extrêmement précis des substrats doit être réalisé. Jusqu’ici, cet alignement est réalisé de façon optique. Le projet propose de faire la preuve de concept d’une nouvelle approche beaucoup plus précise, basée sur un alignement magnétique combinant nanoaimants et capteurs de champs magnétiques spintroniques. 

Plus en détail :

Le lancement de la production en volume d'une nouvelle génération de mémoire spintronique (STT-MRAM) en 2019 par toutes les grandes entreprises de la microélectronique marque l'adoption de la spintronique par cette industrie. Ceci constitue une étape importante dans ce domaine. Spintec a largement contribué à ces développements et détient des brevets clés sur la technologie MRAM. Une partie de ces développements a été réalisée grâce à deux ERC Advanced Grants. Ces deux bourses portaient sur diverses optimisations de MRAM et leurs potentiels pour des circuits spintroniques de faible puissance et multifonctionnels. Dans le cadre du deuxième projet ERC (MAGICAL : « CMOS/Magnetoelectronic Integrated Circuits with Multifunctional Capabilities »), une ERC Proof of Concept vient d'être attribuée (MAGALIGN : « Magnetic alignment for high precision 3D assembly ») à Bernard Dieny, chercheur de l'Irig. 

Le but de ce projet est le suivant :

En microélectronique, l'intégration tridimensionnelle (3D) par collage moléculaire apparaît comme une option très efficace pour réaliser des puces hautement intégrées. Elle offre des avantages majeurs tels que la combinaison de technologies hétérogènes, la combinaison de puces à haute performance et à faible consommation, l'augmentation de la bande passante de transfert de données dans la mémoire au-dessus des circuits logiques, etc. L'assemblage 3D est réalisé en collant deux plaques de silicium entre elles ou une puce sur une plaque. Dans ce processus de collage, le nombre d'interconnexions entre puces est limité par la précision du processus d'alignement. Actuellement, les méthodes d'alignement reposent sur des techniques d'alignement optique qui offrent une résolution de ±0,2 µm pour le collage entre deux plaques (wafer-to-wafer) ou seulement de ±1 µm pour le collage d'une puce sur une plaque (die-to-wafer). Ceci est relativement faible et limite la densité des interconnexions et donc la largeur de bande des communications inter-puces. Dans cette ERC Proof of Concept, il est prévu d'établir la viabilité d'une nouvelle approche d'alignement magnétique basée sur le nanomagnétisme et la spinélectronique qui pourrait permettre d'obtenir une précision d'alignement sans précédent lors du collage des plaquettes.
Les objectifs de MAGALIGN sont i) de faire une preuve de concept de cette nouvelle méthode d'alignement, ii) de l'optimiser et de développer les outils de conception pour l'exploiter, iii) de développer une stratégie d'industrialisation.


Légende : test électrique de composants spintroniques.