日前在舊金山舉辦的2021 IEEE國(guó)際電子器件會(huì)議（IEDM）上，英特爾公布了在封裝、晶體管和量子物理學(xué)等方面的關(guān)鍵技術(shù)突破，以及先進(jìn)制程上的進(jìn)展。在外界看來(lái)，英特爾此次高調(diào)宣布多項(xiàng)突破，意在與臺(tái)積電和三星公開(kāi)叫板。
今年7月，英特爾發(fā)布史上最完整的技術(shù)路線圖，加碼半導(dǎo)體制程工藝和封裝技術(shù)，希望借助創(chuàng)新研究重回行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。英特爾在IEDM2021上發(fā)表多篇論文，向外界大秀肌肉，稱這是英特爾歷史上發(fā)表技術(shù)突破最多的一次。
日前，英特爾制造、供應(yīng)鏈和營(yíng)運(yùn)集團(tuán)副總裁、戰(zhàn)略規(guī)劃部聯(lián)席總經(jīng)理盧東暉，對(duì)媒體詳細(xì)解讀了此次的多項(xiàng)技術(shù)突破。他在會(huì)上感言，研究中最難的就是探路，就好比爬山的人一眼能夠看到山頂在哪里，但是不清楚路該怎么走，要帶多少補(bǔ)給。
針對(duì)未來(lái)產(chǎn)品如何集成更多晶體管的問(wèn)題，英特爾正在重點(diǎn)攻關(guān)核心微縮技術(shù)，主要的研究突破有三項(xiàng)。
突破一是使用混合鍵合技術(shù)將封裝中的互連密度提升10倍以上，對(duì)應(yīng)的是英特爾在今年7月宣布計(jì)劃推出的Foveros Direct（3D封裝技術(shù)）。在業(yè)內(nèi)角逐先進(jìn)制程的背景下，3D堆疊技術(shù)已經(jīng)成為各大廠商投入研究的重點(diǎn)，英特爾此次公布的封裝技術(shù)突破，展現(xiàn)了其在3D堆疊技術(shù)上的實(shí)力。
盧東暉解釋說(shuō)，傳統(tǒng)技術(shù)是通過(guò)焊錫將兩個(gè)芯片進(jìn)行連接，英特爾在研究的混合鍵成技術(shù)是讓金屬墊直接接觸，這樣會(huì)產(chǎn)生分子鍵合。“它最大的好處是連接的密度會(huì)急劇提升，至少是10倍的。這會(huì)讓每平方毫米達(dá)到有10000個(gè)連接，這是非常緊密的。以后的芯片上會(huì)有幾十億的晶體管，或者幾百億的晶體管，最后都要連起來(lái)，所以這是非常關(guān)鍵的突破。”盧東暉說(shuō)道。
盧東暉指出，這項(xiàng)技術(shù)的制程非常敏感，需要用機(jī)械拋光磨平表面，因此化學(xué)機(jī)械拋光（SNP）和沉積的優(yōu)化是非常關(guān)鍵的。此外，也需要行業(yè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試程序。
突破二是達(dá)成晶體管30%至50%微縮面積的提升，對(duì)應(yīng)的是英特爾此前宣布推出的GAA RibbonFET技術(shù)，該技術(shù)將用于Intel 20A上，以2nm工藝的形式在2024年推出。臺(tái)積電和三星都計(jì)劃在2025年投入2nm制程量產(chǎn)，英特爾此次高調(diào)宣布在先進(jìn)制程上取得突破，是與臺(tái)積電和三星公開(kāi)叫板。
英特爾在論文中宣布了這項(xiàng)技術(shù)在3D CMOS堆疊上的新突破，共有兩種方法。方法一是依序，具體的工藝流程是將下面一層晶圓先做好，再將上面一層翻過(guò)來(lái)再做另外一層晶圓，這樣能夠有效提高性能；方法二是自對(duì)準(zhǔn)，一種是通過(guò)光刻機(jī)對(duì)準(zhǔn)，另一種叫做自我對(duì)準(zhǔn)，要通過(guò)干蝕或者是沉積手段讓晶圓自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。英特爾的自對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了55納米的柵極間距，盧東暉稱“這是非常了不起的突破”。
突破三是在為摩爾定律進(jìn)入埃米時(shí)代趟路上發(fā)現(xiàn)新材料。英特爾提出用一種叫做TMD（過(guò)渡金屬硫化物）的二維材料代替硅成為電流通道，特點(diǎn)是在通道下面，有一層非常薄的，單層的二硫化物原子層，可以作為更短的通道。“硅的問(wèn)題是無(wú)法繼續(xù)往下縮，再往下縮會(huì)出現(xiàn)很多量子效應(yīng)，但二維材料有自己本身的特質(zhì)，所以可以做得非常小。”盧東暉指出，英特爾在材料上最大的突破是用兩種不同的金屬去做金屬接觸，NMOS用的是銻，PMOS用的是釕，這樣能讓電容更小。
此外在功率器件方面，英特爾公布了兩項(xiàng)突破，一是在300毫米晶圓上首次和硅基CMOS集成氮化鎵基（GaN-based）功率器件。二是實(shí)現(xiàn)了鐵電存儲(chǔ)器2納秒的讀/寫(xiě)能力。
在量子計(jì)算領(lǐng)域，英特爾展示了全球首例常溫磁電自旋軌道（MESO）邏輯器件，這表明未來(lái)有可能基于納米尺度的磁體器件制造出新型晶體管。據(jù)悉，英特爾和比利時(shí)微電子研究中心（IMEC）在自旋電子材料研究方面取得進(jìn)展，使器件集成研究接近實(shí)現(xiàn)自旋電子器件的全面實(shí)用化。
作者丨張壹迪
編輯丨連曉東
美編丨馬利亞
