英特爾在前沿技術(shù)領(lǐng)域的探索和布局具有行業(yè)標(biāo)桿意義，其發(fā)布的技術(shù)路線圖和成果為半導(dǎo)體行業(yè)提供了重要參考方向。

在IEDM 2024大會(huì)上，英特爾發(fā)布了7篇技術(shù)論文，展示了多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的創(chuàng)新進(jìn)展。這些技術(shù)涵蓋了從FinFET到2.5D和3D封裝（EMIB、Foveros、Foveros Direct），即將在Intel 18A節(jié)點(diǎn)應(yīng)用的PowerVia背面供電技術(shù)，以及全環(huán)繞柵極（GAA）晶體管RibbonFET等。此外，英特爾還揭示了一些面向未來(lái)的先進(jìn)封裝技術(shù)，為推動(dòng)行業(yè)發(fā)展提供了新的視角。

在這些前沿技術(shù)中，三個(gè)核心領(lǐng)域尤為值得關(guān)注：面向AI發(fā)展的先進(jìn)封裝、晶體管微縮技術(shù)和互連微縮技術(shù)。在IEDM 2024大會(huì)上，英特爾代工高級(jí)副總裁兼技術(shù)研究總經(jīng)理Sanjay Natarajan詳細(xì)介紹了這些領(lǐng)域的關(guān)鍵突破。

先進(jìn)封裝的突破：選擇性層轉(zhuǎn)移技術(shù)

異構(gòu)集成已經(jīng)成為當(dāng)今芯片界的主流實(shí)現(xiàn)性能提升的手段。但是異構(gòu)集成技術(shù)面臨著很大的挑戰(zhàn)。當(dāng)前異構(gòu)集成技術(shù)主要采用“晶圓對(duì)晶圓鍵合”（Wafer-to-Wafer HB）或“芯片對(duì)晶圓鍵合”（Chip-to-Wafer HB），會(huì)因順序裝配芯粒而導(dǎo)致吞吐量、芯片尺寸和厚度受限。

英特爾通過(guò)選擇性層轉(zhuǎn)移（Selective Layer Transfer）技術(shù)，突破了當(dāng)前異構(gòu)集成的技術(shù)瓶頸。這項(xiàng)技術(shù)能夠以超高效率完成超過(guò)15,000個(gè)芯粒的并行轉(zhuǎn)移，僅需幾分鐘即可實(shí)現(xiàn)相較于傳統(tǒng)方法數(shù)小時(shí)或數(shù)天的提升。其創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了亞微米級(jí)芯粒的轉(zhuǎn)移，支持僅1平方毫米大小、厚度為人類頭發(fā)1/17的芯粒。這提供了一種靈活且成本效益顯著的異構(gòu)集成架構(gòu)，使得處理器與存儲(chǔ)器技術(shù)的混合搭配成為可能。Intel Foundry率先采用無(wú)機(jī)紅外激光脫鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了芯粒轉(zhuǎn)移的技術(shù)突破，推動(dòng)了旗艦AI產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的先進(jìn)異構(gòu)集成技術(shù)的發(fā)展。

英特爾代工高級(jí)副總裁技術(shù)研究總經(jīng)理Sanjay Natarajan表示：“我們有理支持；2）持續(xù)增加晶體管數(shù)量的技術(shù)是可行的，但能源效率的革命性突破將是未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。

互連縮放的突破：釕線路

隨著晶體管和封裝技術(shù)的持續(xù)微縮，互連已成為半導(dǎo)體體系中的第三個(gè)關(guān)鍵要素。這些互連導(dǎo)線負(fù)責(zé)連接數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的晶體管。然而，我們清晰地看到，銅互連的時(shí)代正逐漸走向尾聲。銅互連存在一個(gè)實(shí)際問(wèn)題：使用時(shí)需要添加阻擋層和籽晶層。隨著尺寸的不斷縮小，這些相對(duì)高電阻的層占據(jù)了更多的可用空間。英特爾觀察到，當(dāng)線寬不斷縮小時(shí)，銅線的電阻率呈指數(shù)級(jí)上升，達(dá)到難以接受的程度。因此，盡管晶體管尺寸越來(lái)越小、密度和性能不斷提升，但傳統(tǒng)的布線方式已無(wú)法滿足連接所有晶體管的需求。

英特爾的突破在于采用具有高成本效益的空氣間隙釕（Ru）線路，作為銅互連的潛在替代方案。這個(gè)空氣間隙解決方案無(wú)需昂貴的光刻技術(shù)，也不需要自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)通孔工藝。它巧妙地將空氣間隙、減法釕工藝和圖案化相結(jié)合，有望打造出合理的下一代互連技術(shù)，使之與未來(lái)的晶體管和封裝技術(shù)相匹配。

這種新工藝在小于25nm的間距下，實(shí)現(xiàn)了在匹配電阻條件下高達(dá)25%的電容降低，有效提升了信號(hào)傳輸速度并減少了功耗。高分辨率的顯微成像展示了釕互連線和通孔的精確對(duì)齊，驗(yàn)證了沒(méi)有發(fā)生通孔突破或嚴(yán)重錯(cuò)位的問(wèn)題。減法釕工藝支持大規(guī)模生產(chǎn)（HVM），通過(guò)消除復(fù)雜的氣隙排除區(qū)和選擇性蝕刻需求，具備實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

寫(xiě)在最后

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)是一個(gè)高度復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，需要各方共同努力才能取得突破。英特爾在封裝、晶體管和互連等領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，為整個(gè)行業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。如同Sanjay Natarajan所述，英特爾的目標(biāo)是為整個(gè)行業(yè)提供路線圖，以協(xié)調(diào)和統(tǒng)一我們所有的研發(fā)資金和努力。這樣，下一代產(chǎn)品和服務(wù)就能推動(dòng)整個(gè)行業(yè)向前發(fā)展，并繼續(xù)推進(jìn)摩爾定律。英特爾確實(shí)始終將自己視為摩爾定律的守護(hù)者，致力于承擔(dān)這一責(zé)任，不斷探索推進(jìn)摩爾定律的新技術(shù)。這不僅是為了英特爾的利益，更是為了整個(gè)行業(yè)的共同利益。