„Intel Foundry w dalszym ciągu pomaga w definiowaniu i kształtowaniu planu działania dla branży półprzewodników. Nasze najnowsze przełomowe osiągnięcia podkreślają zaangażowanie firmy w dostarczanie najnowocześniejszych technologii opracowanych w USA, co zapewnia nam dobrą pozycję, aby pomóc zrównoważyć globalny łańcuch dostaw i przywrócić krajową produkcję i technologię przy wsparciu amerykańskiej ustawy CHIPS Act” – mówi Sanjay Natarajan, starszy wiceprezes firmy Intel i dyrektor generalny działu Intel Foundry Technology Research.
Ponieważ branża zmierza w kierunku umieszczenia 1 biliona tranzystorów w chipie do 2030 r., przełomy w skalowaniu tranzystorów i połączeń wzajemnych – pomnożone przez przyszłe zaawansowane możliwości pakowania – mają najważniejsze znaczenie dla zaspokojenia nieskończonego apetytu na bardziej energooszczędne, wydajne i opłacalne aplikacje komputerowe, takie jak sztuczna inteligencja.
Branża będzie również potrzebować dodatkowego wsparcia w postaci nowych materiałów, aby zwiększyć moc dostarczaną przez technologię PowerVia firmy Intel Foundry w celu łagodzenia zatłoczenia wzajemnych połączeń i ciągłego skalowania, co jest niezbędne do kontynuacji prawa Moore’a i wprowadzenia półprzewodników w nowe ery sztucznej inteligencji.
Firma Intel Foundry zidentyfikowała kilka ścieżek, które rozwiążą przewidywane ograniczenia tranzystorów miedzianych w skalowaniu wzajemnych połączeń dla przyszłych węzłów, udoskonalą istniejące techniki montażu oraz w dalszym ciągu definiują i kształtują plan działania dotyczący tranzystorów w celu wszechstronnego skalowania bramki i nie tylko:
- Subtraktywny ruten (Ru): Aby poprawić wydajność i wzajemne połączenia w chipach, firma Intel Foundry zaprezentowała subtraktywny ruten, nowy, najważniejszy alternatywny materiał metalizujący, który wykorzystuje oporność cienkiej warstwy wraz ze szczelinami powietrznymi, aby zapewnić znaczny postęp w skalowaniu połączeń wzajemnych. Zespół jako pierwszy zademonstrował w pojazdach testowych badawczo-rozwojowych praktyczny, ekonomiczny i kompatybilny z produkcją masową, zintegrowany proces subtraktywnego Ru ze szczelinami powietrznymi, który nie wymaga kosztownych litograficznych stref wykluczających szczelinę powietrzną wokół przelotek lub samonastawnych przepływów wymagających wytrawianie selektywne. Zastosowanie szczelin powietrznych z subtraktywnym Ru zapewniło do 25% redukcji pojemności międzyfazowej przy odstępach mniejszych lub równych 25 nanometrów (nm), co ilustruje zalety subtraktywnego Ru jako schematu metalizacji zastępującego miedź damasceńską w gęstej podziałce warstwy. Rozwiązanie to można było zobaczyć w przyszłych węzłach Intel Foundry.
- Selektywny transfer warstw (SLT): Aby umożliwić choćby 100-krotnie większą przepustowość w przypadku ultraszybkiego montażu chip-chip w zaawansowanych opakowaniach, firma Intel Foundry jako pierwsza zademonstrowała selektywny transfer warstw (SLT), heterogeniczne rozwiązanie integracyjne, które umożliwia ultracienkie chiplety o znacznie lepszej elastyczności, umożliwiające mniejsze rozmiary matryc i wyższe współczynniki kształtu w porównaniu z tradycyjnym łączeniem chipów z płytkami. Umożliwia to większą gęstość funkcjonalną i prowadzi do bardziej elastycznego i opłacalnego rozwiązania do hybrydowego lub fuzyjnego łączenia określonych chipletów z jednej płytki na drugą. To rozwiązanie oferuje bardziej wydajną i elastyczną architekturę dla aplikacji AI.
- Silicon RibbonFET CMOS: Aby maksymalnie wykorzystać skalowanie bramek RibbonFET do granic możliwości, firma Intel Foundry zaprezentowała krzemowe tranzystory RibbonFET CMOS (komplementarny półprzewodnik z tlenku metalu) przy długości bramki 6 nm z wiodącymi w branży efektami krótkokanałowymi i wydajnością przy agresywnie skalowanym długość bramy i grubość kanału. Postęp ten toruje drogę do dalszego skalowania długości bramki, co jest jednym z kluczowych kamieni węgielnych prawa Moore’a.
- Tlenek bramki dla skalowanych tranzystorów FET GAA 2D: Aby jeszcze bardziej przyspieszyć wszechstronne innowacje w zakresie bramek wykraczające poza CFET, firma Intel Foundry zaprezentowała swoje prace nad produkcją tranzystorów GAA 2D NMOS i PMOS ze skalowaną długością bramki do 30 nm, ze szczególnym uwzględnieniem tlenku bramki Rozwój modułu (GOx). Raporty badawcze z badań prowadzonych w branży nad dwuwymiarowymi (2D) półprzewodnikami z dichalkogenku metalu przejściowego (TMD), które mogą w przyszłości zastąpić krzem w zaawansowanych procesach tranzystorowych.
Ponadto firma Intel Foundry w dalszym ciągu rozwijała badania nad pierwszą w branży technologią azotku galu (GaN) o grubości 300 milimetrów (mm), nową technologią do zasilania i elektroniki wykorzystującą częstotliwość radiową (RF), która może zapewnić wyższą wydajność i wytrzymać wyższe napięcia i temperatury niż krzem. Jest to pierwszy w branży wysokowydajny, skalowany tranzystor GaN MOSHEMT (tranzystory metal-tlenek-półprzewodnik o wysokiej ruchliwości elektronów) w trybie wzmocnienia, wyprodukowany na podłożu GaN-on-TRSOI (bogatym w pułapki) krzemem na izolatorze o grubości 300 mm. Zaawansowane substraty, takie jak GaN-on-TRSOI, mogą osiągnąć lepszą wydajność w zastosowaniach takich jak RF i elektronika mocy, zmniejszając utratę sygnału i osiągając lepszą liniowość sygnału, umożliwiając zaawansowane schematy integracji, które można zrealizować poprzez przetwarzanie podłoża od tyłu.
Na konferencji firma Intel Foundry przedstawiła także swoją wizję przyszłości zaawansowanych opakowań i skalowania tranzystorów, aby sprostać wymaganiom aplikacji, w tym sztucznej inteligencji. Zidentyfikowano trzy najważniejsze kierunki innowacji, które pomogą w skierowaniu następnej dekady w stronę bardziej energooszczędnej sztucznej inteligencji.
- Zaawansowana integracja pamięci w celu wyeliminowania wąskich gardeł w zakresie pojemności, przepustowości i opóźnień.
- Łączenie hybrydowe w celu optymalizacji przepustowości połączeń wzajemnych.
- Modułowa rozbudowa systemu o odpowiednie rozwiązania w zakresie łączności.
Firma Intel Foundry podzieliła się także wezwaniem do działania w celu opracowania kluczowych i rewolucyjnych innowacji umożliwiających ciągłe skalowanie tranzystorów w erze bilionów tranzystorów. Firma Intel Foundry przedstawiła, w jaki sposób opracowanie tranzystora zdolnego do pracy przy bardzo niskim napięciu (poniżej 300 miliwoltów) pomoże wyeliminować rosnące wąskie gardła termiczne i skutkować radykalną poprawą zużycia energii i rozpraszania ciepła.
Więcej informacji na temat dokumentów technicznych firmy Intel Foundry prezentowanych na tegorocznej konferencji IEDM można znaleźć na stronie stronie internetowej IEDM.
