英特尔公告，垂直堆叠晶体管

65 年来，IEEE 国际电子器件会议 (IEDM) 一直是全球报告技术突破的卓越论坛在半导体和电子设备技术、设计、制造、物理和建模领域。当这篇文章发布时，会议正在旧金山举行，英特尔正在展示一系列扩展摩尔定律的首创进展。会议上展示的一系列创新创造了一条垂直器件扩展的新途径，为到 2030 年在一个封装上安装数万亿个晶体管提供了机会。这是一个由多个部分组成的故事。以下是英特尔如何在 IEDM 上预览新的垂直晶体管微缩创新的详细信息。

每个人都知道摩尔定律在过去 50 年左右所带来的令人难以置信的指数缩放。我们还看到摩尔定律的整体效应最近正在放缓。多芯片设计现在正在增加行业所依赖的指数密度增加。但这还不是故事的全部。事实证明，片上晶体管密度缩放仍然存在并且进展顺利，并且是半导体行业健康发展的关键因素。

作为摩尔定律的发源地，英特尔正在引领创新，推动单芯片和多芯片趋势。事实证明，这里有两个基本障碍需要克服。首先，如何堆叠 CMOS 器件以提供可靠的高性能特性。其次，如何在不降低可靠性和性能的情况下为这些设备供电。

本周 IEDM 上有一系列演讲，介绍了解决这些问题的多项创新。以下是一些细节。

首先发言的是英特尔芯片中尺度处理组件（Chip Mesoscale Processing Components Research at Intel.）研究总监 Paul Fisher。Paul 首先介绍了组件研究小组。他解释说，该组织负责提供革命性的工艺和封装技术选项，以推进摩尔定律并支持英特尔产品和服务。该小组的一些研究成果已应用于英特尔商业产品中，包括应变硅、高 K 金属栅极、FinFET 晶体管、Power Via 技术和 RibbonFET。这个列表更长——相当令人印象深刻。

该组织的另一个显着特点是其全球合作的广度。Paul 解释说，除了美国政府机构之外，该组织还与世界各地的研究机构合作，例如 Imec、Leti、Fraunhofer 和亚洲的其他机构。该组织还直接赞助大学工作，并通过半导体研究公司 (SRC) 等组织指导其他项目。该集团还与半导体生态系统合作，确保新开发所需的设备和工艺可用。

保罗随后为接下来的三场简报奠定了基础。第一个讨论了背面电力传输的创新。第二个讨论了三维晶体管缩放和互连。第三个展示了使用氮化镓 (GaN) 进行片上电力传输的进展。这三个领域在这篇文章的顶部图表中进行了总结。

接下来发言的是Mauro J. Kobrinsky，英特尔院士、新型互连结构和架构技术开发总监。Mauro 首先解释说，大的、低电阻的电源布线与精细的、低电容的信号布线竞争。结果是密度和性能的折衷。减少这个问题的一个重大进步是背面供电。使用这种方法，可以在设备的背面完成电力传输路由，从而释放关键的前端空间以实现更优化的信号路由。

Mauro 解释说，英特尔的 Power Via 技术将于 2024 年投入生产，这将为背面供电提供新的选择。还将提出其他研究，将背面电力传输提升到一个新的水平。这包括开发背面触点，以允许通过背面传输电力，同时通过设备的正面传输信号。

Mauro 还讨论了正在进行的堆叠设备路由的关键增强功能。堆叠设备给电源和信号路由带来了一系列独特的挑战。在信号领域，必须开发用于外延-外延和栅极-栅极连接的新方法，这是 Mauro 讨论的研究的一部分。

继 Mauro 之后，英特尔首席工程师 Marko Radosavljevic 讨论了三维晶体管缩放和互连。本质上是 RibbonFET 之后的内容。Marko 解释说，英特尔在 2021 年的 IEDM 上展示了最初的设备堆叠结果。

今年的 IEDM 上将展示垂直堆叠 NMOS 和 PMOS RibbonFET 器件配置的实现，该器件配置采用 Power Via 和直接背面器件触点（多晶硅节距为 60nm）。由此产生的紧凑型逆变器表现出优异的性能特征，为垂直设备堆叠的更广泛使用铺平了道路。

最后一位发言者是英特尔组件研究部首席工程师 Han Wui。Han 讨论了片上电力传输的新方法。他解释说，英特尔在 2004 年提出了第一个 MOS 电源驱动器。这种器件通常称为 DrMOS，现在广泛应用于各种产品中。

Han 继续解释说，氮化镓或 GaN 器件如今在高压应用中很受欢迎，例如许多笔记本电脑充电“砖块”中的 200 伏器件。事实证明，与 CMOS 功率器件相比，GaN 在较低电压（48 伏及以下）下表现出优越得多的性能。

在今年的 IEDM 上，Han 解释说，英特尔将展示在 300mm 晶圆上首次实现 CMOS 器件与 GaN 功率器件集成工艺的实现。Han 解释说，这项技术被称为 DrGaN，通过将 CMOS 驱动器与高效 GaN 功率器件集成在同一晶圆上，将为未来的设计开启新的性能和密度水平。

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