Intel представила три новых материала для транзисторов, снижающих ток утечки в 1000 раз

Продолжение миниатюризации транзисторов и развитие передовых техпроцессов — ключевая задача для всей полупроводниковой отрасли. Одним из решений является поиск новых, более совершенных материалов.

На проходящей в 2025 году конференции IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) команды Intel и Intel Foundry представили три перспективных материала для MIM-стеков (металл-диэлектрик-металл): сегнетоэлектрический оксид гафния-циркония (HZO), оксид титана (TiO) и титанат стронция (STO). Два последних относятся к материалам со сверхвысокой диэлектрической проницаемостью (high-k).

Эти материалы предназначены для создания конденсаторов на кристалле (on-die decoupling capacitors). Прорывная разработка призвана решить одну из главных проблем при уменьшении размеров транзисторов — обеспечение стабильного энергоснабжения.

Все три новых материала могут использоваться в структурах глубоких траншейных конденсаторов и совместимы со стандартными процессами производства задней части кристалла (BEOL), что позволяет внедрять их в существующие производственные линии.

Главное преимущество — значительное увеличение ёмкости на единицу площади. Новые материалы обеспечивают плотность ёмкости от 60 до 98 фемтофарад на квадратный микрометр (fF/µm²). При этом их надёжность исключительно высока: уровень тока утечки оказался в 1000 раз ниже отраслевых целевых показателей. Также материалы не жертвуют другими ключевыми параметрами надёжности, такими как дрейф ёмкости и напряжение пробоя.

На конференции исследователи Intel Foundry также обсудили другие передовые технологии:

— Сверхтонкие чиплеты на основе GaN: Intel продемонстрировала полностью функциональные чиплеты из нитрида галлия (GaN) на 300-миллиметровых пластинах. Их толщина составляет всего 19 микрометров (тоньше человеческого волоса), и они оснащены полным набором интегрированных цифровых управляющих схем. Эта технология может решить проблемы энергоснабжения и эффективности в электронных устройствах следующего поколения для силовой электроники и радиочастотных применений.

— Тихие ошибки данных: Традиционное производственное тестирование может пропускать некоторые критические дефекты, приводящие к тихому повреждению данных в процессорах дата-центров. Для обеспечения надёжности при массовом развёртывании необходимы разнообразные методы функционального тестирования.

— Надёжность 2D-транзисторов: Intel совместно с Венским техническим университетом исследовала возможность замены кремния в миниатюрных транзисторах на двумерные материалы, такие как дисульфид молибдена.

— Селективная обработка краёв для 2D-транзисторов: В сотрудничестве с исследовательским центром IMEC Intel улучшила технологические модули для формирования контактов истока/стока и интеграции затворного стека, что позволило снизить эквивалентную толщину оксидного слоя (EOT) с сохранением совместимости с существующими фабриками.

— Миниатюризация КМОП: Совместно с Сеульским национальным университетом Intel изучила последние достижения в миниатюризации комплементарных структур металл-оксид-полупроводник (КМОП). Исследование было сосредоточено на балансировке энергопотребления, производительности и площади, использовании сетей питания на обратной стороне кристалла (BSPDN) и совместной оптимизации конструкции и технологического процесса (DTCO) для дальнейшего развития полупроводниковых технологий в условиях растущих вычислительных потребностей ИИ и высокопроизводительных вычислений.

ИИ: Представленные Intel материалы — это важный шаг в фундаментальной физике полупроводников, который может отсрочить приближение к физическим пределам кремния. Снижение утечек тока в 1000 раз — впечатляющий результат, сулящий значительное повышение энергоэффективности будущих процессоров, что критически важно как для мобильных устройств, так и для энергоёмких дата-центров.