Bugün Intel Foundry Teknoloji Araştırma ekibi, diğerlerinin yanı sıra silikon ötesinde malzemeler, çip ara bağlantıları ve paketleme teknolojisi kullanan 2D transistör teknolojisindeki teknolojik atılımları duyurdu. Şirket, araştırmasını IEEE Uluslararası Elektron Cihazları Toplantısı (IEDM) 2024 konferansında imec gibi endüstri ortaklarıyla işbirliği içinde yaptığı iki makalenin yanı sıra kendi yedi makalesinde açıklayacak.
Intel’in açıklamaları arasında, hem silikonla hem de silikonun ötesinde malzemeler kullanan atomik olarak ince 2D transistörlerle her yönüyle geçit (GAA) transistör ölçeklendirmesini ve performansını artıran yeni malzeme araştırmaları yer alıyor. Intel ayrıca, ara bağlantı performansını ve ölçeklenebilirliğini geliştiren, sonuçta transistörler arasında daha küçük kablolara olanak tanıyan eksiltici Rutenyum teknolojisinin ve çipten çipe montaj verimini 100 kat artıran bir çip paketleme atılımının ana hatlarını çizdi.
Son 50 yıldır Bileşen Araştırma ekibi olarak bilinen Intel’in Teknoloji Araştırma ekibi, Intel Foundry’nin bir parçasıdır. Bu ekip, Intel Laboratuvarlarındaki daha ileri görüşlü girişimlerden daha yakın vadede ticarileştirilmesi amaçlanan ürünler geliştirmeye çalışıyor. Teknoloji Araştırma ekibi, bu gruptan çıkan PowerVia arka taraf güç dağıtımı ve RibbonFET her yönüyle geçit mimarisi gibi en son yeniliklerle Intel’in temel teknolojilerinin birçoğunun önünü açmasıyla tanınıyor.
Intel henüz IEDM’de makalelerini sunmadı ve Araştırma Ekibinin Genel Müdürü ile birebir görüşmemiz yarına kadar değil. Buluşların açıklamalarını aşağıda vereceğiz, ancak daha fazla ayrıntıyı doldurmak için bir güncellemeyle geri döneceğiz.
Ara bağlantı ölçeklendirmesinde atılım
Transistörler küçüldükçe onları birbirine bağlayan kablolar da (ara bağlantılar) küçülmelidir. Bakır, karmaşık bir 3 boyutlu ızgarada gücü ve verileri çipin içinde hareket ettiren milyarlarca nanometre ölçeğindeki kabloların tercih ettiği malzemedir. bu videoda bunun neye benzediğini görün). Aslında, modern çiplerin içinde 50 mil kadar ara bağlantı kablosu bulunmaktadır. Ancak bu mikroskobik tellerin büzülme yeteneğinin tükendiği uzun zamandır biliniyor ve alternatiflerin çoğu yüksek hacimli üretim için uygun değil. Bu, daha küçük süreç düğümlerine ilerlemenin önündeki kritik bir engeldir.
Evinizde elektrikli cihazlar için kullandığınız standart bakır tel gibi, transistörler arasındaki elektronları patlatan tellerin, elektronların gitmemesi gereken yerlere gitmesini önlemek için yalıtkan bir kaplamaya ihtiyacı vardır, ancak bu, tellerin büzülmesiyle ilgili sorunlar yaratır.
Bir işlemcideki ara bağlantı kablolarını küçültmek, kabloları oluşturmak için kullanılan ilave bir işlem olan bakır şam işleminin gereklilikleri nedeniyle son derece zordur. İlk önce bir hendek oluşturulur, ardından hendek içine yalıtkan görevi gören bir bariyer yerleştirilir. Daha sonra bakırın elektrokaplamayı mümkün kılmak için bariyerin üstüne bir tohum katmanı yerleştirilir; daha sonra üstüne bakır biriktirilir. Daha sonra üst kısımdaki fazla malzeme parlatılır.
Yukarıdaki resimde gösterildiği gibi, bakır miktarının azaltılması telin incelmesine yardımcı olur, ancak aynı zamanda bakırın (yığın) bariyere ve tohum katmanına oranını da azaltır, böylece teller küçüldükçe direnç katlanarak artar. Bu, kabloların daha az akım taşıdığı, cihazın hızını yavaşlattığı (diğer etkilerin yanı sıra) ve kapasitansı etkilediği anlamına gelir.
Intel’in Teknoloji Araştırma ekibi, bakır yerine Rutenyum kullanan ve bariyerler yerine hava boşluklarının kullanıldığı, yüksek hacimli üretime uygun bir süreç geliştirdi; ikincisi, Intel’in 14nm işlem düğümünde tanıttığı bir teknolojidir. Evet, elektronların doğru yerlere hareket etmesini sağlamak için telin etrafında fiziksel bir yalıtkan bariyer yerine, yalıtkan olarak hava kullanılır (havanın dielektrik sabiti 1,0 civarındadır), bu da kapasitansı oldukça artırır (Intel, 17 14nm ile kapasitansta % iyileşme).
Intel, Çıkarıcı Rutenyum işleminin ayrıntılı ayrıntılarını paylaşmadı, ancak genel olarak bu, Rutenyumun biriktirilmesi, istenen ara bağlantı şekillerini tanımlamak için bir fotodirenç modeli kullanılması ve ardından desenli ara bağlantıların geride bırakılması için açıkta kalan malzemenin aşındırılmasıyla gerçekleştirilebilir. Sunum sırasında daha fazla ayrıntı öğreneceğimizden eminiz.
Intel, hava boşluklu Çıkarıcı Rutenyum işleminin, 25 nm’nin altındaki aralıklarda (ara bağlantı hatları arasındaki merkezden merkeze mesafe) eşleşen dirençte %25’e kadar kapasitans sağladığını söylüyor. Intel, araştırma ekibinin “Ar-Ge test araçlarında, yolların etrafında pahalı litografik hava boşluğu dışlama bölgeleri veya kendiliğinden hizalanmış hava boşlukları gerektirmeyen, hava boşluklarına sahip, pratik, uygun maliyetli ve yüksek hacimli üretimle uyumlu, çıkarımlı Ru entegre sürecini gösteren ilk kişi olduğunu” söylüyor. seçici aşındırmalar gerektiren akışlar yoluyla.
Intel bu tekniği ilk etapta en küçük adımlı en kritik katmanlar için kullanmayı öngörürken, daha az hassas olan üst katmanlar için standart bakır teknikleri kullanılacak. Doğal olarak bu, PowerVia arka taraf güç dağıtımı için de faydalı olacaktır. Sonuçta, bu daha küçük kablolar daha küçük transistörlere bağlanmayı mümkün kılacak ve Intel, bu teknolojinin muhtemelen gelecekteki Intel Foundry düğümlerinde kullanılacağını söylüyor.
Gate-All-Around (GAA) transistör devrimleri
Resim 1 ile ilgili 3
Intel’in RibbonFET’i, FinFET’in 13 yılı aşkın bir süre önce piyasaya sürülmesinden bu yana ilk yeni transistör tasarımıdır. Bu, Intel’in 20A ve 18A düğümleriyle piyasaya çıkan ilk her yönüyle geçit (GAA) transistörüdür. FinFET için kullanılan üç tarafı çevrelenmiş kanatçıkların aksine, tamamen bir kapıyla çevrelenmiş istiflenmiş nano tabakalardan oluşur.
Resim 1 ile ilgili 3
Şimdi asıl zorluk GAA tasarımlarını daha da küçültmektir ve Intel bunu hem standart silikon tasarımlarda hem de yeni 2D malzemeler kullanarak ele alıyor. Intel’in transistör açıklamaları, standart silikonla gelişmiş geçit-her yönüyle RibbonFET CMOS ölçeklendirmesini gösteriyor; bu da 6nm geçit uzunluğu ve 1,7nm nanoşerit/nano tabaka kalınlığı sağlarken iyileştirilmiş kısa kanal efektleri ve daha yüksek performans sağlıyor.
İlk tarafta, sağdaki kapı uzunluğu ve elektron hızı grafiği etkileyici bir profil gösteriyor. Slaydın ortasındaki tablo, nanoribbon için Tfin/Tsi (kanat kalınlığı/nanoşerit kalınlığı) FinFET’te kullanılan kanatçıktan neredeyse iki kat daha ince olacak şekilde mevcut transistör teknolojileriyle karşılaştırmaları göstermektedir.
En büyük soru şu; silikondan sonra sırada ne var? CFET transistörleri geldikten sonra GAA’nın bir sonraki adımı, NMOS ve PMOS transistörlerinde kullanılan malzemeleri 2 boyutlu malzemelere (yalnızca birkaç atom kalınlığında) değiştirmektir. İkinci slaytta Intel’in, yaygın olarak silikondan sonra kullanılan malzemeler olduğu düşünülen, atomik olarak ince geçiş metali dikalkogenit (TMD) malzemeleri kullanan ilerlemeleri özetleniyor.
Intel, moly bazlı malzeme kullanarak 30nm geçit uzunluğuna sahip 2D geçitli NMOS ve PMOS transistörlerini üretti. Intel, bu çabanın “sınıfının en iyisi NMOS sürücü akımları” sağladığını ve bir sonraki yayınlanan en iyi sonuca göre 2 kat artış sağladığını iddia ediyor. Sağdaki grafik, araştırma aracının TMD’lere yönelik bu tür diğer keşif çalışmalarından daha iyi performans gösterdiğini gösteriyor.
Intel’in transistör takibi aynı zamanda transistör teknolojisinin son 60 yılına ilişkin bir bakışı ve günümüzün 1V aralığına göre önemli bir düşüş olan 300 mV’nin altındaki ultra düşük Vdd’de (besleme voltajları) çalışan transistörler geliştirmek için sektöre yönelik bir eylem çağrısını da içeriyor . Bu, 2030’lar ve 2040’lar için zorlu bir hedef.
Ambalaj atılımları
Intel’in yeni Seçici Katman Transferi (SLT) teknolojisi, tüm yonga kalıplarının başka bir levhaya son derece yüksek hızlarda eklenmesini sağlıyor. Intel, SLT’nin yongadan yongaya montaj sürecinde üretimde 100 kat artış sağladığını söylüyor. SLT ile, kalıplarla dolu levhanın tamamı alttaki levhaya aynı anda bağlanabilir ve yapıştırma için bireysel kalıplar seçilebilirken diğerleri hariç tutulabilir. Bu teknoloji inorganik kızılötesi lazer bağ ayırmayı kullanıyor.
Intel ayrıca SLT’nin “geleneksel çipten levhaya birleştirmeye kıyasla daha küçük kalıp boyutlarına ve daha yüksek en-boy oranlarına olanak sağlamak için çok daha iyi esnekliğe sahip ultra ince yongaları mümkün kıldığını” belirtiyor. Intel’in bu yeni teknolojiye ilişkin açıklamaları tam olarak net değil, bu nedenle sunumdan daha fazlasını öğrenmeyi umuyoruz. Görünüşe göre bu, yeniden yapılandırılmış gofretlerin kullanıldığı yaklaşımlara harika bir alternatif olacak. Daha fazlasını öğrendikten sonra buraya daha fazla ayrıntı ekleyeceğiz.
Intel ayrıca yarının paketleme çözümleri hakkında IEDM’nin davetli olduğu bir konuşma yapacak. Yukarıdaki slaytta daha önce açıklanmayan EMIB-T ortaya çıktı. Bir hatırlatma olarak, EMIB, kalıpları birbirine bağlayan düşük gecikme süreli, düşük güçlü ve yüksek bant genişliğine sahip bir ara bağlantı olan Intel’in Gömülü Çok Kalıplı Ara Bağlantı Köprüsüdür.
Intel, EMIB-T’nin EMIB-TSV anlamına geldiğini açıkladı. Bu varyant, sinyali köprünün etrafına sarmak yerine TSV’lerle köprü üzerinden sinyal göndermek için TSV’leri kullanan ilk EMIB uygulamasını işaret ediyor.
Resim 1 ile ilgili 4
IEDM’de Intel, imec, Aixtron ve Roma Tor Vergata Üniversitesi gibi ortaklarla birlikte diğer iki makalenin yanı sıra yedi makale sunacak.
Takip soruları için Intel’e zaman ayırdık ve bu makaleyi yakında daha fazla ayrıntıyla güncelleyeceğiz.
