开云-英特尔展示互连微缩技术突破性进展

[导读]在IEDM2024上，英特尔代工的手艺研究团队展现了晶体管和封装手艺的开辟性进展，有助在知足将来AI算力需求。 IEDM 2024(2024年IEEE国际电子器件会议)上，英特尔代工展现了多项手艺冲破，助力鞭策半导体行业鄙人一个十年和更久远的成长。具体而言，在新材料方面，减成法钌互连手艺(subtractive Ruthenium)最高可将线间电容下降25%，有助在改良芯片内互连。英特尔代工还率先报告请示了一种用在进步前辈封装的异构集成解决方案，可以或许将吞吐量晋升高达100倍，实现超快速的芯片间封装(chip-to-chip assembly)。另外，为了进一步鞭策全环抱栅极(GAA)的微缩，英特尔代工展现了硅基RibbionFET CMOS (互补金属氧化物半导体)手艺，和用在微缩的2D场效应晶体管(2D FETs)的栅氧化层(gate oxide)模块，以提高装备机能。 跟着行业朝着到2030年在单个芯片上实现一万亿个晶体管的方针进步，晶体管和互连微缩手艺的冲破和将来的进步前辈封装能力正变得很是要害，以知足人们对能效更高、机能更强且本钱效益更高的计较利用(如AI)的需求。 我们还需要摸索新型的材料，来加强英特尔代工的PowerVia后背供电手艺在减缓互连瓶颈，实现晶体管的进一步微缩中的感化。这对延续推动摩尔定律、鞭策面向AI时期的半导体立异相当主要。 英特尔代工已摸索出数条路径，以解决采取铜材料的晶体管在开辟将来制程节点时可预感的互连微缩限制，改良现有封装手艺，并继续为GAA和其它相干手艺界说和计划晶体管线路图： · 减成法钌互连手艺：为了晋升芯片机能，改良互连，英特尔代工展现了减成法钌互连手艺。经由过程采取钌这一新型、要害、替换性的金属化材料，操纵薄膜电阻率(thin film resistivity)和空气间隙(airgap)，实现了在互连微缩方面的重猛进步。英特尔代工率先在研发测试装备上展现了一种可行、可量产、具有本钱效益的减成法钌互连手艺，该工艺引入空气间隙，无需通孔四周昂贵的光刻空气间隙区域(lithographic airgap exclusion zone)，也能够避免利用选择性蚀刻的自瞄准通孔(self-aligned via)。在间距小在或等在 25 纳米时，采取减成法钌互连手艺实现的空气间隙使线间电容最高下降 25%，这注解减成法钌互连手艺作为一种金属化方案，在慎密间距层中替换铜镶嵌工艺的优势。这一解决方案有望在英特尔代工的将来制程节点中得以利用。 · 选择性层转移(Selective Layer Transfer, SLT)：为了在芯片封装中将吞吐量晋升高达100倍，进而实现超快速的芯片间封装，英特尔代工初次展现了选择性层转移手艺，这是一种异构集成解决方案，可以或许以更高的矫捷性集成超薄芯粒，与传统的芯片到晶圆键合(chip-to-wafer bonding)手艺比拟，选择性层转移让芯片的尺寸可以或许变得更小，纵横比变得更高。这项手艺还带来了更高的功能密度，并可连系夹杂键合(hybrid bonding)或融会键合(fusion bonding)工艺，供给更矫捷且本钱效益更高的解决方案，封装来自分歧晶圆的芯粒。该解决方案为AI利用供给了一种更高效、更矫捷的架构。 · 硅基RibbonFET CMOS晶体管：为了将RibbonFET GAA晶体管的微缩推向更高程度，英特尔代工展现了栅极长度为6纳米的硅基RibbonFET CMOS晶体管，在年夜幅缩短栅极长度和削减沟道厚度的同时，在对短沟道效应的按捺和机能上到达了业界领先程度。这一进展为摩尔定律的要害基石之一——栅极长度的延续缩短——摊平了道路。 · 用在微缩的2D GAA晶体管的栅氧化层：为了在CFET(互补场效应晶体管)以外进一步加快GAA手艺立异，英特尔代工展现了其在2D GAA NMOS(N 型金属氧化物半导体)和PMOS(P 型金属氧化物半导体)晶体管束造方面的研究，偏重在栅氧化层模块的研发，将晶体管的栅极长度微缩到了30纳米。该研究还陈述了行业在2D TMD(过渡金属二硫化物)半导体范畴的研究进展，此类材料将来有望在进步前辈晶体督工艺中成为硅的替换品。 在300毫米GaN(氮化镓)手艺方面，英特尔代工也在继续推动其开辟性的研究。GaN是一种新兴的用在功率器件和射频(RF)器件的材料，相较在硅，它的机能更强，也能承受更高的电压和温度。在300毫米GaN-on-TRSOI(富圈套绝缘体上硅)衬底(substrate)上，英特尔代工制造了业界领先的高机能微缩加强型GaN MOSHEMT(金属氧化物半导体高电子迁徙率晶体管)。GaN-on-TRSOI等工艺上较为进步前辈的衬底，可以经由过程削减旌旗灯号损掉，提高旌旗灯号线性度和基在衬底背部处置的进步前辈集成方案，为功率器件和射频器件等利用带来更强的机能。 另外，在IEDM 2024上，英特尔代工还分享了对进步前辈封装和晶体管微缩手艺将来成长的愿景，以知足包罗AI在内的各类利用需求，以下三个要害的立异出力点将有助在AI在将来十年朝着能效更高的标的目的成长： · 进步前辈内存集成(memory integration)，以消弭容量、带宽和延迟的瓶颈; · 用在优化互连带宽的夹杂键合; · 模块化系统(modular system)和响应的毗连解决方案 同时，英特尔代工还发出了步履号令，开辟要害性和冲破性的立异，延续推动晶体管微缩，鞭策实现“万亿晶体管时期”。英特尔代工概述了对可以或许在超低电压(低在300毫伏)下运行的晶体管的研发，将若何有助在解决日趋严重的热瓶颈，并年夜幅改良功耗和散热。

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