Intel Foundry revela inovações na escala das interconexões para futuros nós

Santa Clara, Calif., 9 de dezembro de 2024 – Hoje, no IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2024, a Intel Foundry revelou avanços que vão ajudar a impulsionar a indústria de semicondutores na próxima década e além. A Intel apresentou novos desenvolvimentos na área de materiais que vão contribuir para aprimorar as interconexões dentro dos chips, resultando em até 25% de capacitância ao usar rutênio subtrativo. Também foi a primeira a reportar uma melhoria de 100x na taxa de transferência utilizando uma solução heterogênea de integração para empacotamento avançado e assim permitir uma montagem ultrarrápida chip a chip.

Para impulsionar ainda mais o escalonamento gate-all-around (GAA), a Intel Foundry demonstrou um trabalho com CMOS RibbonFET de silício e com módulo Gate Oxide para transistores de efeito de campo bidimensionais (2D FETs) dimensionados e assim elevar o desempenho dos dispositivos.

“A Intel Foundry segue contribuindo para definir e moldar o caminho da indústria de semicondutores. Nossos últimos avanços ressaltam o comprometimento da empresa em oferecer tecnologia de ponta desenvolvida nos Estados Unidos, fortalecendo a nossa capacidade de equilibrar a cadeia de suprimentos global e recuperar a liderança nacional em fabricação e tecnologia com o apoio da Lei de Chips dos EUA”

À medida que a indústria se encaminha para integrar um trilhão de transistores em um chip até 2030, avanços no escalonamento de transistores e interligações – associados à futura capacidade avançada de empacotamento – são fundamentais para atender à crescente demanda por aplicações de computação mais eficientes em termos energéticos, de alto desempenho e custo-benefício, como a Inteligência Artificial (IA).

Da mesma forma, o desenvolvimento de novos materiais que complementem o sistema de fornecimento de energia pelo PowerVia da Intel Foundry será essencial, aliviando a aglomeração de interconexões e permitindo escalabilidade contínua. Esses avanços são fundamentais para dar continuidade à Lei de Moore e impulsionar a indústria de semicondutores a uma nova era em aplicações de IA.

A Intel Foundry identificou vários caminhos para superar as limitações previstas dos transistores de cobre para dimensionamento de interconexão para nós futuros. Essas soluções melhoram as técnicas de montagem existentes e seguem definindo o roteiro dos transistores, impulsionando a escalabilidade da tecnologia gate-all-around e muito mais:

Para melhorar o desempenho e as interconexões dentro dos chips, a Intel Foundry introduziu o rutênio subtrativo, um importante material de metalização alternativo que utiliza resistividade de filme fino e lacunas de ar, alcançando um avanço significativo na escalabilidade da interconexão. A equipe foi a primeira a demonstrar, em veículos de teste de P&D, um processo Ru subtrativo integrado, prático e econômico, compatível com a fabricação em larga escala. A implementação de entreferros com Ru subtrativo permitiu uma redução de até 25% na capacidade de armazenamento elétrico linha a linha em passos menores ou iguais a 25 nanômetros (nm), destacando os benefícios deste material como esquema de metalização capaz de substitua o damasco de cobre com camadas de passo estreito. Esta solução poderá ser implementada em futuros nós do Intel Foundry.

• Rutênio subtrativo (Ru): Para melhorar o desempenho e as interconexões dentro dos chips, a Intel Foundry introduziu o Rutênio subtrativo, novo material de metalização alternativo que usa resistividade de filmes finos junto com airgaps para proporcionar avanços significativos na escala das interconexões. A equipe da Intel Foundry foi a primeira a demonstrar, em veículos de teste de P&D, um processo integrado, prático, econômico e compatível com fabricação em larga escala. Este processo não requer zonas litográficas caras de exclusão de entreferro ao redor das vias ou auto-alinhadas através de fluxos que requerem gravações seletivas. A implementação de airgaps com Rutênio subtrativo permitiu uma redução de até 25% na capacidade de armazenamento elétrico linha a linha em passos menores ou iguais a 25 nanômetros (nm), destacando os benefícios deste material como esquema de metalização capaz de substitua o cobre damasceno com camadas de passo estreito. Essa solução poderá ser vista nos futuros nós da Intel Foundry.
• Selective Layer Transfer (SLT): Para viabilizar uma taxa de transferência até 100x maior em casos de montagem ultrarrápida chip a chip em empacotamentos avançados, a Intel Foundry demonstrou em primeira mão a Selective Layer Transfer (SLT). Esta solução de integração heterogênea permite a fabricação de chips ultrafinos com maior flexibilidade, possibilitando tamanhos de chips menores e proporções mais altas em comparação com a ligação tradicional chip-wafer. Esta abordagem assegura maior densidade funcional e uma solução mais flexível e econômica para ligação híbrida ou por fusão de chips de um wafer para outro. Em última análise, oferece uma arquitetura mais eficiente e flexível, ideal para aplicações de IA.
• Silicon RibbonFET CMOS: Para levar o escalabilidade de silício RibbonFET gate-all-around ao seu limite, a Intel Foundry introduziu transistores CMOS (Semicondutor de Óxido Metálico Complementar) RibbonFET de silício com um comprimento de gate de 6 nm. Este avanço, que combina efeitos de canal curto e desempenho líder do setor, é alcançado através de um escalonamento agressivo no comprimento de gate e na espessura do canal.  Esse progresso abre caminho para o escalabilidade contínua do comprimento de gate, um pilar fundamental da Lei de Moore.
• Gate Oxide para FETs 2D GAA  escalonados: Para acelerar ainda mais a inovação do gate-all- around do CFET, a Intel Foundry apresentou seu trabalho na fabricação de transistores NMOS e PMOS GAA 2D,  com comprimento de gate de 30 nm com foco específico no desenvolvimento do módulo Gate Oxide (GOx). A pesquisa contribui para o estudo de semicondutores bidimensionais (2D) do tipo dicalcogeneto de metal de transição (TMD), que podem ser um futuro substituto para o silício em processos avançados de transistores.

Além disso, a Intel Foundry avançou na pesquisa com a primeira tecnologia de nitreto de gálio (GaN) de 300 milímetros (mm) do setor, uma tecnologia emergente para eletrônicos de potência e radiofrequência (RF) que oferece maior desempenho e capacidade de suportar tensões e temperaturas mais altas do que o silício. Esta é a primeira tecnologia MOSHEMT (transistor de alta mobilidade de elétrons para semicondutores de óxido metálico) de GaN de alto desempenho em modo de aprimoramento escalonado do setor, fabricada em um substrato GaN-on-TRSOI (“Trap-Rich” Silicon-On-Insulator) de 300 mm.

Substratos de engenharia avançada, como o GaN-on-TRSOI, permitem melhor desempenho em aplicações de RF e eletrônica de potência, reduzindo a perda de sinal, melhorando a linearidade de sinal e permitindo esquemas avançados de integração que podem ser realizados por meio do pós-processamento do substrato.

Mais do IEDM 2024: Durante a conferência, a Intel Foundry também apresentou sua visão sobre o futuro do empacotamento avançado e escalabilidade dos transistores visando atender às demandas de todas as aplicações, incluindo inteligência artificial (IA). Foram identificadas três áreas principais de inovação, que impulsionarão a próxima década rumo a uma IA mais eficiente em termos energéticos:

• Integração avançada de memória para eliminar gargalos de capacidade, largura de banda e latência.
• Ligação híbrida para otimizar a largura de banda das interconexões.
• Expansão dos sistemas modulares com soluções de conectividade correspondentes.

A Intel Foundry também convocou o setor a desenvolver inovações críticas e revolucionárias que permitam a escalabilidade contínua dos transistores, pensando na futura era da integração de um trilhão de transistores. Além disso, descreveu como o desenvolvimento de transistores capazes de operar em tensão ultrabaixa (menos de 300 milivolts) ajudará a lidar com gargalos térmicos crescentes e resultará em melhoras significativas no consumo de energia e dissipação térmica.