Společnost Intel Foundry představila průlom v oblasti tranzistorových a obalových technologií a odhalila materiálové a křemíkové inovace.
Společnost Intel Foundry na nedávném mezinárodním setkání IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2024 představila průlomové technologie, které pomohou polovodičovému průmyslu v příštím desetiletí i v dalších letech. Společnost Intel Foundry představila nové pokroky v oblasti materiálů, které pomáhají zlepšit propojení v rámci čipu a díky použití subtraktivního ruthenia dosahují až 25% kapacity.
Novinky z díly Intel Foundry
Také jako první oznámila stonásobné zvýšení propustnosti pomocí řešení heterogenní integrace pro pokročilé balení, které umožňuje velmi rychlou montáž mezi čipy. Pro další podporu škálování gate-all-around (GAA) předvedla společnost Intel Foundry práci s křemíkovým RibbonFET CMOS a s modulem oxidu hradla pro škálované 2D FET pro zlepšení výkonu.
Vzhledem k tomu, že průmysl směřuje k tomu, aby do roku 2030 umístil na čip 1 bilion tranzistorů, jsou průlomy ve škálování tranzistorů a propojení – znásobené budoucími pokročilými možnostmi balení – rozhodující pro uspokojení nekonečného zájmu o energeticky účinnější, vysoce výkonné a nákladově efektivní výpočetní aplikace, jako je umělá inteligence.
Související článek
Průmysl bude také potřebovat další podporu v podobě nových materiálů, které rozšíří zadní stranu PowerVia společnosti Intel Foundry při odlehčování přeplněných propojení a pro další škálování, které je nezbytné pro pokračování Moorova zákona a posun polovodičů do nových epoch pro umělou inteligenci.
Společnost Intel Foundry určila několik cest, které řeší předpokládaná omezení měděných tranzistorů při škálování propojení pro budoucí uzly, vylepšují stávající montážní techniky a pokračují v definování a utváření tranzistorové cestovní mapy pro škálování gate-all-around a další:
- Subtraktivní ruthenium (Ru): S cílem pomoci zlepšit výkon a propojení v čipech představila společnost Intel Foundry subtraktivní ruthenium, nový klíčový alternativní metalizační materiál, který využívá tenký filmový odpor spolu se vzduchovými mezerami a přináší tak významný pokrok ve škálování propojení. Tým jako první předvedl v testovacích vozidlech pro výzkum a vývoj praktický, nákladově efektivní a s velkoobjemovou výrobou kompatibilní subtraktivní rutheniový integrovaný proces se vzduchovými mezerami, který nevyžaduje nákladné litografické vylučovací zóny vzduchových mezer kolem průchodek ani samočinné průchody vyžadující selektivní leptání. Implementace vzduchových mezer se subtraktivním Ru zajistila až 25% snížení kapacity mezi řádky při roztečích menších nebo rovných 25 nanometrů (nm), což ilustruje výhody subtraktivního Ru jako metalizačního schématu pro nahrazení měděného damascenu ve vrstvách s malou roztečí. Toto řešení by se mohlo objevit v budoucích uzlech Intel Foundry.
- Selektivní přenos vrstev (SLT): Pro umožnění až 100x vyšší propustnosti pro ultrarychlé osazování čipů v pokročilých obalech společnost Intel Foundry jako první předvedla Selective Layer Transfer (SLT), řešení heterogenní integrace, které umožňuje ultra tenké čipy s mnohem lepší flexibilitou, což umožňuje menší velikosti die a vyšší poměry stran oproti tradičnímu lepení čipů na desku. To umožňuje vyšší funkční hustotu a vede k flexibilnějšímu a nákladově efektivnějšímu řešení pro hybridní nebo fúzní lepení specifických čipletů z jedné destičky na druhou. Toto řešení nabízí efektivnější a flexibilnější architekturu pro aplikace umělé inteligence.
- Křemíkové tranzistory RibbonFET CMOS: S cílem posunout škálování křemíkových tranzistorů RibbonFET na celé hradlo až na hranici možností předvedla společnost Intel Foundry křemíkové tranzistory RibbonFET CMOS (complementary metal oxide semiconductor) s délkou hradla 6 nm s nejlepšími efekty krátkého kanálu a výkonem při agresivně škálované délce hradla a tloušťce kanálu. Tento pokrok otevírá cestu k dalšímu zvyšování délky hradla, což je jeden z klíčových základních kamenů Moorova zákona.
- Oxid hradla pro zmenšené 2D FETy GAA: Společnost Intel Foundry představila svou práci na výrobě tranzistorů GAA 2D NMOS a PMOS se zmenšenou délkou hradla až na 30 nm se zvláštním zaměřením na vývoj modulů oxidu hradla (GOx), aby dále urychlila inovace v oblasti hradla nad rámec CFET. Výzkum informuje o průmyslovém zkoumání dvourozměrných (2D) polovodičů z dichalkogenidů přechodných kovů (TMD), které mohou v budoucnu nahradit křemík v pokročilých tranzistorových procesech.
Kromě toho společnost Intel Foundry pokračovala v pokrocích ve výzkumu první 300milimetrové (mm) technologie nitridu galia (GaN), což je nová technologie pro výkonovou a radiofrekvenční (RF) elektroniku, která může poskytovat vyšší výkon a udržet vyšší napětí a teploty než křemík.
Jedná se o první vysoce výkonné GaN tranzistory MOSHEMT (tranzistory s vysokou pohyblivostí elektronů na bázi oxidů kovů a polovodičů) s rozšířeným výkonem, vyrobené na 300mm substrátu GaN-on-TRSOI („trap-rich“ silicon-on-insulator). Pokročilé substráty, jako je GaN-on-TRSOI, mohou dosáhnout lepšího výkonu v aplikacích, jako je VF a výkonová elektronika, snížením ztrát signálu a dosažením lepší linearity signálu, což umožňuje pokročilá integrační schémata, která lze realizovat pomocí zpracování zadní strany substrátu.
Další informace z veletrhu IEDM 2024: Společnost Intel Foundry na konferenci rovněž představila svou vizi budoucnosti pokročilého balení a škálování tranzistorů, aby splnila požadavky v různých aplikacích včetně umělé inteligence. Byly stanoveny tři klíčové směry inovací, které pomohou v příštím desetiletí směřovat k energeticky účinnější umělé inteligenci.
- Pokročilá integrace pamětí, která odstraní kapacitní překážky, šířku pásma a latenci.
- Hybridní spojování pro optimalizaci šířky pásma propojení.
- Modulární rozšíření systému s odpovídajícími řešeními konektivity.
Společnost Intel Foundry se rovněž podělila o výzvu k akci na vývoj kritických a revolučních inovací pro pokračující škálování tranzistorů pro éru bilionů tranzistorů. Společnost Intel Foundry nastínila, jak vývoj tranzistoru schopného pracovat s ultranízkým napětím (méně než 300 milivoltů) pomůže řešit rostoucí tepelné překážky a povede k dramatickému zlepšení spotřeby energie a tepelného rozptylu.