L'entreprise Sumitomo (SHI) Material Solutions Europe (SMS-E, anciennement LASSE) est la filiale européenne de Sumitomo (SHI) Material Solutions, fournisseur mondial d'équipements destinés à la fabrication de semi-conducteurs, au sein du groupe Sumitomo Heavy Industries (SHI).
SMS-E produit des systèmes à base de laser employés, par exemple, pour fabriquer des composants de puissance sur plaques de silicium (Si) ou de carbure de silicium (SiC).
Recuit laser nanoseconde et intégration 3D séquentielle
Parmi les machines produites et commercialisées par l'entreprise figure un équipement de recuit laser nanoseconde (LT-3100). Un outil particulièrement utile pour l'intégration 3D séquentielle, une technique qui consiste à superposer plusieurs couches de transistors les unes sur les autres.
« Le recuit laser est comparable à l'action d'un chalumeau en cuisine, lorsqu'on réalise une crème brûlée », image Sébastien Kerdilès, responsable des traitements thermiques au CEA-Leti.« Dans ce cas, le but est de chauffer le sucre présent en surface, sans trop chauffer la crème. Ici, le principe est le même : on souhaite apporter suffisamment d'énergie pour fabriquer les composants des couches supérieures, mais sans dégrader ceux du niveau inférieur, qui ne supportent pas les hautes températures. Le recuit laser nanoseconde offre précisément cette possibilité, en envoyant des impulsions laser très courtes, de 160 ns, afin de déposer l'énergie en surface, tout en maintenant une température convenable en dessous, idéalement à moins de 400 °C. »
C'est sur ce procédé que porte la collaboration entre SMS-E et le CEA-Leti. Après de premiers échanges dès 2014, le partenariat a été officialisé en 2017 via la signature d'un Joint Development Program* (JDP).
« Cet accord nous a permis d'inscrire notre collaboration dans la durée, autour de problématiques choisies en concertation », apprécie Sébastien Kerdilès. « Il nous a conduits à explorer des sujets de fond, pendant plusieurs années, par exemple via des thèses. De plus, il nous donne accès à un équipement de recuit laser nanoseconde de SMS-E, au sein du CEA-Leti, qui est partagé entre nos travaux et des démonstrations pour des partenaires de l'entreprise, dans une salle blanche Leti à l'état de l'art. »
Activation de dopants dans le silicium par recuit laser nanoseconde
Dernièrement, l'équipe de recherche commune s'est intéressée à deux applications de ce procédé, à commencer par le dopage du silicium.
« La méthode consiste à introduire un élément dopant, tel que le bore ou le phosphore, dans certaines zones du silicium, préalablement rendues amorphes – c'est-à-dire sans microstructure ordonnée sous la forme d'un réseau cristallin », explique Mathieu Opprecht, ingénieur-chercheur en recuit laser au CEA-Leti. « Puis, il s'agit d'appliquer des impulsions laser nanosecondes sur ces endroits, ce qui a pour effet de recristalliser ces zones, mais aussi d'activer les dopants, améliorant les performances des transistors. »
Une technique qui aboutit à de fortes concentrations en dopants, sans endommager les composants inférieurs.
Par ailleurs, le recuit laser nanoseconde peut être employé d'une autre façon, en phase liquide.
« Il est possible d'appliquer des impulsions laser plus puissantes, ce qui provoque une fusion locale du silicium », indique Mathieu Opprecht. « Ce régime est, par exemple, mis en œuvre pour le recuit de la grille des transistors au niveau supérieur, dans l'intégration 3D séquentielle. Cependant, l'opération engendre également l'apparition de phénomènes connexes, notamment une certaine rugosité au niveau de la couche fondue. Nous avons alors mené des études pour mieux comprendre ces phénomènes, en particulier autour du seuil de fusion, et ainsi maîtriser le procédé employé. »
Ces résultats ont été présentés lors de trois conférences qui se sont tenues au mois de septembre 2026 : IIT*, à Villach (Autriche), IWJT*, à Grenoble (France), et GADEST*, à Venise (Italie).
« Les résultats présentés lors de ces conférences sont de tout premier ordre », indique Sébastien Dauvé, CEO du CEA-Leti. « Ils illustrent l'intérêt d'une collaboration à long terme entre le CEA-Leti et un fabricant d'équipement comme SMS-E. En travaillant ensemble au sein des infrastructures salle blanche du CEA-Leti, nous sommes capables de démontrer les performances et l'intérêt d'un équipement développé et produit en Europe, renforçant ainsi la chaîne de valeur européenne des semi-conducteurs. ».
« Notre collaboration historique avec le CEA-Leti constitue un élément clé de notre stratégie visant à renforcer la présence et les capacités technologiques de SMS-E en Europe », affirme Masashi Tsuchiya, président de SMS-E. « En associant l'excellence de l'environnement de recherche du CEA-Leti dans le domaine des semi-conducteurs à l'expertise de SMS-E en technologies avancées de recuit laser, nous souhaitons accélérer le développement des solutions innovantes et leur transfert vers des applications industrielles. Notre site principal de Gennevilliers joue un rôle central dans cette ambition, en tant que pôle européen de développement, de fabrication et de commercialisation. Et nous nous engageons à continuer d'investir en Europe et à contribuer à un écosystème européen des semi-conducteurs plus solide et plus innovant. »
Les travaux se poursuivent aujourd'hui, notamment dans le cadre de projets de thèse, avec pour objectifs d'améliorer les performances des solutions développées et d'accélérer leur transfert vers des applications industrielles concrètes. La collaboration entre SMS-E et le CEA-Leti n'est pas près de s'arrêter, puisque les deux partenaires ont renouvelé, en novembre dernier, leur programme de développement conjoint pour une durée de trois ans. De nouvelles pistes d'application du recuit laser nanoseconde seront notamment explorées.
En outre, le partenariat entre SMS-E et le CEA-Leti franchira également une nouvelle étape grâce à l'installation prochaine de la toute dernière plateforme de recuit laser de SMS-E, QA-3000, opérant à l'échelle de la microseconde. Développée comme une plateforme technologique évolutive, la QA-3000 a été conçue pour répondre à un large éventail d'applications dans le domaine des semi-conducteurs, allant des composants de puissance aux mémoires de nouvelle génération et aux technologies de logique avancées. Ses capacités couvrent aussi bien les procédés de traitement en régime sub-fusion que ceux impliquant la fusion du matériau, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l'ingénierie avancée des matériaux. En offrant un meilleur contrôle du gradient thermique, cette technologie vise également à élargir la fenêtre de procédé et à faciliter l'intégration du recuit laser dans des procédés de fabrication de semi-conducteurs toujours plus complexes et exigeants.