Fortschrittliche Halbleitertechnologie, ein Nanometer nach dem anderen

Dr. Griselda Bonilla ist Senior Manager des Advanced BEOL Interconnect Technology Teams bei IBM Research und verantwortlich für die Bereitstellung innovativer Lösungen, die die branchenführenden On-Chip Interconnect (BEOL)-Technologien von IBM voranbringen. Wir haben uns mit ihr zusammengesetzt, bevor ihr Team diese Woche zwei Vorträge auf der IITC/AMC-Konferenz in San Jose, Kalifornien hielt.

Erzählen Sie uns zunächst ein wenig darüber, warum die 7-nm-Technologie so wichtig ist.

Dr. Griselda Bonilla, Senior Manager des Advanced BEOL Interconnect Technology Teams, IBM Research (Foto:NACME)

Griselda Bonilla: Die 7-nm-Technologie wird für zukünftige Fortschritte auf einer Reihe von Plattformen und Systemen von entscheidender Bedeutung sein, darunter Cloud Computing, Big Data, Cognitive Computing und Mobile. Als Teil unserer Investition in Höhe von 3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2014 und der Allianz mit New York State, GLOBALFOUNDRIES und Samsung könnten die von uns entwickelten Techniken und Skalierungsverbesserungen zu einer 50-prozentigen Leistungs-/Leistungsverbesserung für diese Systeme der nächsten Generation führen. Die 7-nm-Knotenleistung, die wir durch eine Kombination neuer Materialien, Werkzeuge und Techniken erzielt haben, ist sehr vielversprechend.

Was war Ihre Rolle beim bahnbrechenden 7-nm-Knoten-Testchip im letzten Jahr?

GB: Ich leitete ein großes, funktionsübergreifendes Team, das eine neue und zuverlässige Verbindungstechnologie im 36-nm-Pitch definiert und entwickelt hat.

Wie war der Fortschritt seit dem Durchbruch im letzten Jahr?

GB: Es war aufregend. Die BEOL-Skalierung ist eine große Herausforderung für aktuelle CMOS-Knoten, einschließlich der 7-nm-Knoten, an denen wir gearbeitet haben. Wir haben uns auf Back-End-of-Line-Verbindungen konzentriert, die Geräte – Transistoren, Kondensatoren, Widerstände usw. – miteinander verbinden. Die Kupferverkabelung (Cu), mit der wir arbeiten, beträgt weniger als 1/20 ^stel die Größe der ursprünglichen Cu-Verbindungen, die vor fast 20 Jahren eingeführt wurden. Wir haben zum ersten Mal aggressiv skalierte Verbindungen unter Verwendung von Extrem-Ultraviolett-(EUV)-Lithographie demonstriert, die Flexibilität beim Schaltungsdesign ermöglicht. Dies ist zum Teil deshalb von Bedeutung, weil andere Musterbildungsansätze zunehmend komplexer werden und daher den Schaltungsdesigns Beschränkungen auferlegen.

Erzählen Sie uns von der IITC/AMC-Konferenz. Was präsentierst du und warum ist dies der Ort, um deine Arbeit vorzustellen?

GB: Die Konferenz ist das wichtigste BEOL-Treffen des Jahres. Wichtige Teilnehmer aus Industrie und Wissenschaft kommen zusammen, um die neuesten Entwicklungen auszutauschen und zu diskutieren. Wir wurden eingeladen, zwei Vorträge über die 7-nm-BEOL-Technologie und die BEOL-Designtechnologie-Co-Optimierung für die Beyond 7-nm-Technologie zu halten. Mein Kollege, Dr. Theo Standaert, ist der Hauptautor unseres Papiers zur 7-nm-BEOL-Technologie. Sein Team ist verantwortlich für die Definition und Demonstration von Verbindungslösungen für zukünftige Technologieknoten.

Darüber hinaus haben wir sechs Vorträge und vier Poster zu wichtigen BEOL-Leistungskennzahlen und neuartigen Integrationsmethoden und -materialien gehalten. Die IBM Research Alliance hat die meisten Vorträge und Vorträge auf der diesjährigen Konferenz.

Erzählen Sie uns mehr über die Allianz. Wie haben GLOBALFOUNDRIES, das SUNY Polytechnic Institute und die anderen Partner dazu beigetragen?

GB: Diese Partnerschaften waren von entscheidender Bedeutung. Sie haben dazu beigetragen, die Erforschung der neuesten BEOL-Innovationen durch eine einzigartige Zusammenarbeit der umfassenden Forschungskompetenz von IBM, der Entwicklungs- und Fertigungskompetenz von GLOBALFOUNDRIES und Samsung zu ermöglichen.

Nahaufnahme des 7-nm-Knoten-Testchips von IBM, hergestellt bei SUNY Poly CNSE in Albany, NY. (Darryl Bautista/Feature Photo Service für IBM)

und die akademische Innovation und Führung von SUNY Poly.

SiGe-Kanalmaterial und EUV-Lithographie wurden letztes Jahr als Durchbrüche identifiziert. Welche neuen ergänzenden Materialien oder Techniken werden jetzt eingesetzt?

GB: Wir planen, die Einführung der Kobalt-Metallisierung auf Kontaktebene und die technischen Details der erforderlichen Innovationen hervorzuheben, um eine zuverlässige BEOL-Verbindung in diesen wirklich aufregenden, aggressiven Dimensionen herzustellen.

Was bedeuten diese Fortschritte in Bezug auf die Massenproduktion eines 7-nm-Chips?

GB: Sie ermöglichen die Fortsetzung der Interconnect-Skalierung bis in den 7-nm-Technologieknoten mit nachgewiesener Ausbeute und Zuverlässigkeit. Wir präsentieren eine branchenweit erste, vollständige Bewertung bahnbrechender Kontakt-/Lokalverbindungsmetallurgie, die auf bahnbrechende Reduzierungen des Kontaktwiderstands abzielt – etwa 2,5-mal niedriger. Diese hohen Widerstände haben sich als schwerwiegende Leistungsbegrenzer für High-End-CMOS-Ultra-Large-Scale-Integration (ULSI) in 10-nm- und 7-nm-Technologieknoten erwiesen.

Welche Bedeutung hat der Durchbruch bei den lokalen Verbindungen?

GB: Wir haben die Kontaktmetallurgie zum ersten Mal seit der Einführung der Damaszener-Verarbeitung – einer einzigartigen additiven Verarbeitungstechnik zur Bildung der Cu-Leiterbahnen, analog zu den im Mittelalter verwendeten Metallinlay-Techniken – vor etwa 25 Jahren verändert. Diese Änderung wird für die 7-nm-Knotentechnologie von entscheidender Bedeutung sein, da sie einen echten Weg bietet, um den Leistungsverlust mit dem traditionellen Metall – Wolfram – zu mindern.