英特尔展示下一代半导体器件技术，计划2030年实现万亿级晶体管封装

日前，英特尔在IEDM上展示多项与半导体制造技术相关的研究成果：3D封装技术的新进展，可将密度再提升10倍；超越RibbonFET，用于2D晶体管微缩的新材料，包括仅三个原子厚的超薄材料；能效和存储的新可能，以实现更高性能的计算；量子计算的新进展。此外，英特尔表示，目标是在2030年实现在单个封装中集成一万亿个晶体管。

www.ednchina.com, Dec. 09, 2022 – 

分享三个关键领域的创新进展，以实现摩尔定律延续

根据组件研究小组主管兼高级首席工程师Paul Fischer的说法，组件研究团队目前专注于三个关键领域的创新进展，以实现摩尔定律的延续：一个是"用于小芯片平滑集成的3D混合键合（hybrid bonding）封装技术"，另一个是"使用超薄2D材料作为通道的高密度晶体管技术"，第三个是"提高性能的能效与存储器升级技术"。

硅芯片堆叠的连接密度增加 10 倍

首先是"集成小芯片的3D混合键合（hybrid bonding）封装技术"的研究成果。这是近来备受关注的小芯片三D异构集成技术的成果。

用于堆叠和电连接形成小芯片的硅管芯（微型管芯）的技术可大致分为两种类型：微凸点连接和混合键合。Hybrid bonding是一种理论上可以缩短连接间距，换而言之，可增加连接密度（面积密度）的技术。

通过改进混合键合技术，英特尔将连接间距从 2021 年的不足10微米缩短至3微米，不足三分之一。当转换为连接密度，它高出 10 倍，英特尔实现了与单片式系统级芯片（system-on-chip）连接相似的互连密度和带宽。此外，混合键合技术还支持多个小芯片直堆叠。

使用超薄2D材料作为通道的高密度晶体管技术

二维材料是指形成厚度仅为一层或三层原子层的薄平面的化合物。用于半导体器件研发的典型二维材料有过渡金属二硫化物(TMD)和石墨烯(一种碳原子平面时的结构）。

最近，以TMD为沟道的场效应晶体管(FET)的研究尤为活跃，被认为是实现亚纳米节点晶体管的强大基础技术。

英特尔展示该领域的两项研究成果。其中一个是"超越Si的栅极长度缩放:单层2D通道FET对短通道效应具有鲁棒性"为标题进行介绍。

大部分半导体材料––例如硅、氮化镓和碳化硅––都属于三维晶体，即原子会在3D空间上结合起来。而2D材料的特点，就是所有键合均在同一平面上完成。

英特尔展示了一种环栅（GAA）堆叠纳米片结构，采用典型的TMD 二碗化钼(MoS2)作为通道材料，并制作具有25nm短源漏距离的FET原型。具有顶栅和底栅的双栅FET的亚阈值斜率（SS）为75mV/dec，接近理想晶体管的亚阈值斜率。

此外，英特尔还在室温下以低漏电流在双栅极结构上实现了近完美的晶体管开关。英特尔表示，这两大成果正是堆叠GAA晶体管的实现基础，也将推动整个行业超越硅材料自身的天然限制。

他解释道，"在缩小晶体管尺寸方面，这些因素非常关键。通道厚度必须要跟X和Y轴成比例，也就是一缩就得俱缩。正因为如此，这些成果才对英特尔乃至整个半导体行业都极具吸引力。"

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