為了推進GAA晶體管技術(shù)的發(fā)展，英特爾也將目光瞄準了二維半導體材料。
據(jù)Sanjay Natarajan的介紹，具體而言，英特爾在GAA技術(shù)中引入了二維（2D）NMOS和PMOS晶體管，該晶體管以二維MoS2為溝道材料，結(jié)合高介電常數(shù)的HfO2作為柵氧化層，通過ALD（原子層沉積）工藝實現(xiàn)精確控制。下圖的橫截面成像清晰展示了柵極金屬、HfO?氧化物和二維MoS2之間的結(jié)構(gòu)集成，其整體厚度在納米級別，漏源間距（L_SD）小于50nm，次閾值擺幅（SS）低于75mV/d，最大電流性能（I_max）達到900μA/μm以上，能夠顯著提升柵極對溝道的控制能力。
右側(cè)的圖表中將Intel的研究結(jié)果（THIS WORK）與其他同類研究進行了對比，顯示在驅(qū)動電流和次閾值擺幅上的明顯優(yōu)勢。
英特爾的研究驗證了結(jié)合GAA架構(gòu)和2D材料，晶體管性能堪稱飛躍。而且一旦英特爾將基于硅的溝道性能推至極限，采用2D材料的GAA晶體管很有可能會成為下一步發(fā)展的合理方向。
就英特爾所觀察到的而言，晶體管數(shù)量的指數(shù)級增長趨勢，符合摩爾定律，從微型計算機到數(shù)據(jù)中心，晶體管數(shù)量每兩年翻倍。但是，隨著AI工作負載的持續(xù)增加，AI相關(guān)能耗可能會在2035年超越美國當前的總電力需求，能源瓶頸成為未來計算發(fā)展的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。因此，未來需要的是新型晶體管。下一代晶體管需要具備超陡次閾值擺幅（低于60mV/dec）和極低的靜態(tài)漏電流（I_off），支持在超低供電電壓（<300mV）下運行。
英特爾也在材料和物理層面不斷探索，并在IEDM上展示了采用Ge（鍺）納米帶結(jié)構(gòu)的晶體管，其9nm厚度和結(jié)合氧化物界面的創(chuàng)新設(shè)計，為實現(xiàn)低功耗和高效傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。Intel進一步研究結(jié)合高介電常數(shù)材料和新型界面工程，以開發(fā)更加節(jié)能高效的下一代晶體管。
英特爾也呼吁整個行業(yè)共同推動晶體管技術(shù)的革命，以滿足萬億晶體管時代中AI應用的需求。通過對過去60年晶體管發(fā)展的總結(jié)，Intel同時提出了未來10年的發(fā)展目標：1）必須開發(fā)能夠在超低供電電壓（<300mV）下工作的晶體管，以顯著提高能效，為普遍化的AI應用提供支持；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發(fā)展的重點。
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，互連已成為半導體體系中的第三個關(guān)鍵要素。這些互連導線負責連接數(shù)以萬億計的晶體管。然而，我們清晰地看到，銅互連的時代正逐漸走向尾聲。銅互連存在一個實際問題：使用時需要添加阻擋層和籽晶層。隨著尺寸的不斷縮小，這些相對高電阻的層占據(jù)了更多的可用空間。英特爾觀察到，當線寬不斷縮小時，銅線的電阻率呈指數(shù)級上升，達到難以接受的程度。因此，盡管晶體管尺寸越來越小、密度和性能不斷提升，但傳統(tǒng)的布線方式已無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。這個空氣間隙解決方案無需昂貴的光刻技術(shù)，也不需要自動對準通孔工藝。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，實現(xiàn)了在匹配電阻條件下高達25%的電容降低，有效提升了信號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齊，驗證了沒有發(fā)生通孔突破或嚴重錯位的問題。減法釕工藝支持大規(guī)模生產(chǎn)（HVM），通過消除復雜的氣隙排除區(qū)和選擇性蝕刻需求，具備實際應用的經(jīng)濟性和可靠性。
寫在最后
半導體產(chǎn)業(yè)是一個高度復雜的生態(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，為整個行業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗和啟示。如同Sanjay Natarajan所述，英特爾的目標是為整個行業(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)品和服務就能推動整個行業(yè)向前發(fā)展，并繼續(xù)推進摩爾定律。英特爾確實始終將自己視為摩爾定律的守護者，致力于承擔這一責任，不斷探索推進摩爾定律的新技術(shù)。這不僅是為了英特爾的利益，更是為了整個行業(yè)的共同利益。
