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半导体

英特尔连发多项技术突破 叫板台积电三星

日前在旧金山举办的2021 IEEE国际电子器件会议(IEDM)上,英特尔公布了在封装、晶体管和量子物理学等方面的关键技术突破,以及先进制程上的进展。在外界看来,英特尔此次高调宣布多项突破,意在与台积电和三星公开叫板。

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今年7月,英特尔发布史上最完整的技术路线图,加码半导体制程工艺和封装技术,希望借助创新研究重回行业领导地位。英特尔在IEDM2021上发表多篇论文,向外界大秀肌肉,称这是英特尔历史上发表技术突破最多的一次。

日前,英特尔制造、供应链和营运集团副总裁、战略规划部联席总经理卢东晖,对媒体详细解读了此次的多项技术突破。他在会上感言,研究中最难的就是探路,就好比爬山的人一眼能够看到山顶在哪里,但是不清楚路该怎么走,要带多少补给。


针对未来产品如何集成更多晶体管的问题,英特尔正在重点攻关核心微缩技术,主要的研究突破有三项。

突破一是使用混合键合技术将封装中的互连密度提升10倍以上,对应的是英特尔在今年7月宣布计划推出的Foveros Direct(3D封装技术)。在业内角逐先进制程的背景下,3D堆叠技术已经成为各大厂商投入研究的重点,英特尔此次公布的封装技术突破,展现了其在3D堆叠技术上的实力。

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卢东晖解释说,传统技术是通过焊锡将两个芯片进行连接,英特尔在研究的混合键成技术是让金属垫直接接触,这样会产生分子键合。“它最大的好处是连接的密度会急剧提升,至少是10倍的。这会让每平方毫米达到有10000个连接,这是非常紧密的。以后的芯片上会有几十亿的晶体管,或者几百亿的晶体管,最后都要连起来,所以这是非常关键的突破。”卢东晖说道。

卢东晖指出,这项技术的制程非常敏感,需要用机械抛光磨平表面,因此化学机械抛光(SNP)和沉积的优化是非常关键的。此外,也需要行业统一的标准和测试程序。

突破二是达成晶体管30%至50%微缩面积的提升,对应的是英特尔此前宣布推出的GAA RibbonFET技术,该技术将用于Intel 20A上,以2nm工艺的形式在2024年推出。台积电和三星都计划在2025年投入2nm制程量产,英特尔此次高调宣布在先进制程上取得突破,是与台积电和三星公开叫板。

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英特尔在论文中宣布了这项技术在3D CMOS堆叠上的新突破,共有两种方法。方法一是依序,具体的工艺流程是将下面一层晶圆先做好,再将上面一层翻过来再做另外一层晶圆,这样能够有效提高性能;方法二是自对准,一种是通过光刻机对准,另一种叫做自我对准,要通过干蚀或者是沉积手段让晶圆自动对准。英特尔的自对准实现了55纳米的栅极间距,卢东晖称“这是非常了不起的突破”。

突破三是在为摩尔定律进入埃米时代趟路上发现新材料。英特尔提出用一种叫做TMD(过渡金属硫化物)的二维材料代替硅成为电流通道,特点是在通道下面,有一层非常薄的,单层的二硫化物原子层,可以作为更短的通道。“硅的问题是无法继续往下缩,再往下缩会出现很多量子效应,但二维材料有自己本身的特质,所以可以做得非常小。”卢东晖指出,英特尔在材料上最大的突破是用两种不同的金属去做金属接触,NMOS用的是锑,PMOS用的是钌,这样能让电容更小。

此外在功率器件方面,英特尔公布了两项突破,一是在300毫米晶圆上首次和硅基CMOS集成氮化镓基(GaN-based)功率器件。二是实现了铁电存储器2纳秒的读/写能力。

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在量子计算领域,英特尔展示了全球首例常温磁电自旋轨道(MESO)逻辑器件,这表明未来有可能基于纳米尺度的磁体器件制造出新型晶体管。据悉,英特尔和比利时微电子研究中心(IMEC)在自旋电子材料研究方面取得进展,使器件集成研究接近实现自旋电子器件的全面实用化。

责任编辑:张一迪


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