英特爾展示下一代晶體管微縮技術(shù)突破 將用于未來制程節(jié)點(diǎn)

2023年12月9日，英特爾在IEDM 2023（2023 IEEE 國際電子器件會(huì)議）上展示了多項(xiàng)技術(shù)突破，為其未來的制程路線圖提供了豐富的創(chuàng)新技術(shù)儲(chǔ)備，充分說明了摩爾定律仍在不斷演進(jìn)。具體而言，英特爾研究人員在大會(huì)上展示了結(jié)合背面供電和直接背面觸點(diǎn)（direct backside contacts）的3D堆疊CMOS晶體管，分享了近期背面供電研發(fā)突破的擴(kuò)展路徑（如背面觸點(diǎn)），并率先在同一塊300毫米晶圓上，而非封裝中，成功實(shí)現(xiàn)了硅晶體管與氮化鎵（GaN）晶體管的大規(guī)模單片3D集成。

英特爾公司高級(jí)副總裁兼組件研究總經(jīng)理Sanjay Natarajan表示：“我們正在進(jìn)入制程技術(shù)的埃米時(shí)代，展望‘四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)’計(jì)劃實(shí)現(xiàn)后的未來，持續(xù)創(chuàng)新比以往任何時(shí)候都更加重要。在IEDM 2023上，英特爾展示了繼續(xù)推進(jìn)摩爾定律的研究進(jìn)展，這顯示了

我們有能力面向下一代移動(dòng)計(jì)算需求，開發(fā)實(shí)現(xiàn)晶體管進(jìn)一步微縮和高能效比供電的前沿技術(shù)。”

晶體管微縮和背面供電是滿足世界對(duì)更強(qiáng)大算力指數(shù)級(jí)增長需求的關(guān)鍵。一直以來，英特爾始終致力于滿足算力需求，表明其技術(shù)創(chuàng)新將繼續(xù)推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展，也仍然是摩爾定律的“基石”。英特爾組件研究團(tuán)隊(duì)不斷拓展工程技術(shù)的邊界，包括晶體管堆疊，背面供電技術(shù)的提升（有助于晶體管的進(jìn)一步微縮和性能提升），以及將不同材料制成的晶體管集成在同一晶圓上。

英特爾近期在制程技術(shù)路線圖上的諸多進(jìn)展，包括PowerVia背面供電技術(shù)、用于先進(jìn)封裝的玻璃基板和Foveros Direct，彰顯了英特爾正在通過技術(shù)創(chuàng)新不斷微縮晶體管。這些創(chuàng)新技術(shù)均源自英特爾組件研究團(tuán)隊(duì)，預(yù)計(jì)將在2030年前投產(chǎn)。

在IEDM 2023上，英特爾組件研究團(tuán)隊(duì)同樣展示了其在技術(shù)創(chuàng)新上的持續(xù)投入，以在實(shí)現(xiàn)性能提升的同時(shí)，在硅上集成更多晶體管。研究人員確定了所需的關(guān)鍵研發(fā)領(lǐng)域，旨在通過高效堆疊晶體管繼續(xù)實(shí)現(xiàn)微縮。結(jié)合背面供電和背面觸點(diǎn)，這些技術(shù)將意味著晶體管架構(gòu)技術(shù)的重大進(jìn)步。隨著背面供電技術(shù)的完善和新型2D通道材料的采用，英特爾正致力于繼續(xù)推進(jìn)摩爾定律，在2030年前實(shí)現(xiàn)在單個(gè)封裝內(nèi)集成一萬億個(gè)晶體管。

英特爾實(shí)現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的、突破性的3D堆疊CMOS晶體管，結(jié)合了背面供電和背面觸點(diǎn)技術(shù)：

● 英特爾在IEDM 2023上展示了業(yè)界領(lǐng)先的最新晶體管研究成果，能夠以微縮至60納米的柵極間距垂直地堆疊互補(bǔ)場效應(yīng)晶體管（CFET）。該技術(shù)可通過晶體管堆疊提升面積效率（area efficiency）和性能優(yōu)勢，還結(jié)合了背面供電和直接背面觸點(diǎn)。該技術(shù)彰顯了英特爾在GAA（全環(huán)繞柵極）晶體管領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，展示了英特爾在RibbonFET之外的創(chuàng)新能力，從而能夠領(lǐng)先競爭。

超越其“四年五個(gè)制程節(jié)點(diǎn)”計(jì)劃，以背面供電技術(shù)繼續(xù)微縮晶體管，英特爾確定了所需的關(guān)鍵研發(fā)領(lǐng)域：

● 英特爾的PowerVia將于2024年生產(chǎn)準(zhǔn)備就緒，率先實(shí)現(xiàn)背面供電。英特爾組件研究團(tuán)隊(duì)在IEDM 2023上發(fā)表的研究明確了超越PowerVia，進(jìn)一步拓展背面供電技術(shù)的路徑，及所需的關(guān)鍵工藝進(jìn)展。此外，該研究還強(qiáng)調(diào)了對(duì)背面觸點(diǎn)和其它新型垂直互聯(lián)技術(shù)的采用，從而以較高的面積效率堆疊器件。

英特爾率先在同一塊300毫米晶圓上成功集成硅晶體管和氮化鎵晶體管，且性能良好：

● 在IEDM 2022上，英特爾聚焦于性能提升，以及為實(shí)現(xiàn)300毫米硅基氮化鎵（GaN-on-silicon）晶圓開辟一條可行的路徑。今年，英特爾在硅和氮化鎵的工藝集成方面取得了進(jìn)展，成功實(shí)現(xiàn)了一種高性能、大規(guī)模的集成電路供電解決方案，名為“DrGaN”。英特爾的研究人員率先在這一技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了良好的性能，有望讓供電解決方案滿足未來計(jì)算對(duì)功率密度和能效的需求。

英特爾推進(jìn)2D晶體管領(lǐng)域的研發(fā)工作，以使其在未來繼續(xù)按照摩爾定律的節(jié)奏微縮下去：

● 過渡金屬二硫?qū)倩铮?/span>TMD, Transition metal dichalcogenide）2D通道材料讓晶體管物理柵極長度有機(jī)會(huì)微縮到10納米以下。在IEDM 2023上，英特爾將展示高遷移率（high-mobility）的過渡金屬二硫?qū)倩锞w管原型，用于NMOS（n型金屬氧化物半導(dǎo)體）和PMOS（p型金屬氧化物半導(dǎo)體）這兩大CMOS關(guān)鍵組件。此外，英特爾還將展示其率先實(shí)現(xiàn)的兩項(xiàng)技術(shù)：GAA 2D過渡金屬二硫?qū)倩?/span>PMOS晶體管和在300毫米晶圓上制造的2D晶體管。