英特尔芯片代工突破互联微缩领域，以减材钌提升晶体管容量25%

半导体大厂英特尔 (Intel) 宣布，芯片代工 (Intel Foundry) 业务2024年IEEE国际电子组件会议 (IEDM) 公布新突破，有助推动半导体产业迈向下个十年及更长远的未来。

英特尔展示有助芯片代工改善芯片互联新材料，以减材钌（subtractive Ruthenium）提升晶体管容量达25%。英特尔芯片代工以先进封装异质集成解决方案，首次让进出量提高百倍，完成超快速芯片对芯片组装。为了推动环绕式闸极（GAA）微缩，英特尔芯片代工也展示硅RibbonFET CMOS和微缩2D FET的闸极氧化物模块成果，提高组件性能。

英特尔芯片代工资深副总裁暨组件研究部总经理Sanjay Natarajan表示，英特尔芯片代工持续定义和谋划半导体产业的发展蓝图，此突破彰显英特尔致力开发领先技术的承诺。美国《芯片与科学法案》（U.S. CHIPS Act.）支持，英特尔持续协助提升全球供应链的平衡。

半导体产业目标2030年单芯片容纳1兆个晶体管，晶体管和互联微缩突破，搭配先进封装，对讲求能源效率、高性能和更具成本效益的AI应用至关重要。另外，半导体产业需要新的材料，以提升英特尔芯片代工的PowerVia芯片背部供电解决方案，缓解互联密度和持续微缩的压力，这是延续摩尔定律并推动半导体进入AI时代的关键。

英特尔芯片代工已确立多种途径，解决铜晶体管在节点互联微缩的限制，提升现有技术，并继续定义和规划环绕式闸极微缩及晶体管发展蓝图。

首先，减材钌（Ru）是为了提高芯片内的性能和互联，是新关键替代金属化材料，使用薄膜电阻和气隙，团队率先研发测试工具展示实用、具成本效益，且适用大量生产的减材钌集成制程，具气隙特性，不需孔洞周围保留曝光气隙排除区，也不需要选择性蚀刻的自对准孔洞。采用具备气隙特性的减法钌，可在间距 ≤25纳米（nm）时，降低线间电容幅度高达25%，突显金属化方案的减材钌在紧密间距替代铜镶嵌的优势。解决方案将现身英特尔芯片代工。

其次，选择性层迁移（Selective Layer Transfer，SLT）。为了先进封装实现超高速芯片对芯片组装，进出量提高百倍，英特尔芯片代工首次展示了选择性层迁移技术（SLT），异质集成解决方案让超薄小芯片具有更高的弹性，相较传统芯片对芯片键合，晶粒尺寸可以更小、深宽比更高，进一步实现更高的功能密度，并为特定小芯片从一个芯片到另一个芯片的混合或熔接键合（Fusion bonding）提供更灵活且更具成本效益的解决方案，提高AI应用架构的效率和弹性。

第三，硅RibbonFET CMOS。为了将环绕式闸极RibbonFET硅微缩推向极限，英特尔芯片代工展示了闸极长度为6纳米硅RibbonFET CMOS（互补金属氧化物半导体）晶体管，即便大幅微缩闸极长度和信道厚度，仍有业界领先的短信道效应和性能。缩短闸极长度为摩尔定律的关键基石之一，这项技术进展为闸极长度微缩展开新篇章。

最后，微缩GAA 2D FET的闸极氧化物。为了进一步加速超越CFET的环绕式闸极创新，英特尔芯片代工展示GAA 2D NMOS和PMOS晶体管制造的成果，闸极长度缩小至30纳米，并特别专注于闸极氧化物（Gox）模块的开发。这项研究呈现了业界对二维（2D）过渡金属二硫族化物（TMD）半导体研究，未来可能在先进晶体管制程取代硅。

英特尔芯片代工还强调，将继续推进业界首个300毫米（mm）氮化镓（GaN）技术的研究，这是一种用于功率供电和射频（RF）电子产品的新兴技术，与硅相比，可以提供更高的性能并承受更高的电压和温度。这是业界首款在300 mm GaN-on-TRSOI（trap-rich silicon-on-insulator）基板上制造的高性能微缩增强型氮化镓金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（GaN MOSHEMT）。GaN-on-TRSOI先进设计的基板可以通过减少信号损耗，实现更好的信号线性度，并通过背面基板处理实现先进集成方案，在射频和功率电子产品应用中完成更高的性能。

至于，针对英特尔芯片代工也在IEDM会议阐述对先进封装和晶体管微缩的未来愿景，以满足AI等各种应用需求，并确立了三个技术创新的关键推动力，以帮助将来AI更节能，包括先进内存集成以消除容量、带宽和延迟瓶颈，用于互联带宽优化的混合键合，以及有相应连接解决方案的模块化系统扩展。

英特尔芯片代工也呼吁业界采取行动，开发关键的革命性创新，以实现兆级晶体管时代的微缩需求。英特尔芯片代工开发的晶体管能够在超低电压运行（低于300毫伏特），有助解决日益严重的散热挑战，并大幅改善能耗和散热。

(首图来源：英特尔)