Vooruitgang in halfgeleidertechnologie, één nanometer per keer

Dr. Griselda Bonilla is de senior manager van het Advanced BEOL Interconnect Technology-team bij IBM Research, verantwoordelijk voor het leveren van innovatieve oplossingen die IBM's toonaangevende, on-chip interconnect (BEOL)-technologieën bevorderen. We gingen met haar zitten voordat haar team deze week twee lezingen gaf op de IITC/AMC-conferentie in San Jose, Californië.

Vertel ons eerst iets over waarom 7nm-technologie zo belangrijk is.

Dr. Griselda Bonilla, Senior Manager van het Advanced BEOL Interconnect Technology-team, IBM Research (Foto:NACME)

Griselda Bonilla: 7nm-technologie zal cruciaal zijn voor toekomstige vooruitgang op een aantal platforms en systemen, waaronder cloud computing, big data, cognitieve computing en mobiel. Als onderdeel van onze investering van $ 3 miljard in 2014 en alliantie met de staat New York, GLOBALFOUNDRIES en Samsung, zouden de technieken en schaalverbeteringen die we hebben ontwikkeld kunnen resulteren in een vermogens-/prestatieverbetering van 50 procent voor deze volgende generatie systemen. De prestatie van de 7nm-knooppunten die we hebben bereikt, door een combinatie van nieuwe materialen, gereedschappen en technieken, is veelbelovend.

Wat was jouw rol in de baanbrekende 7nm node-testchip van vorig jaar?

GB: Ik gaf leiding aan een groot, multifunctioneel team dat een nieuwe en betrouwbare interconnect-technologie op 36nm pitch definieerde en ontwikkelde.

Hoe is de vooruitgang sinds de doorbraak van vorig jaar?

GB: Het was spannend. BEOL-schaling is een grote uitdaging voor recente CMOS-knooppunten, inclusief de 7nm waaraan we hebben gewerkt. We hebben ons gericht op back-end-of-line interconnects die apparaten - transistors, condensatoren, weerstanden, enzovoort - met elkaar verbinden. De koperen (Cu) bedrading waarmee we werken is minder dan 1/20 ^de de grootte van de originele Cu-interconnects die bijna 20 jaar geleden werden geïntroduceerd. We hebben voor het eerst agressief geschaalde interconnects gedemonstreerd met behulp van extreem ultraviolet (EUV) lithografie, wat flexibiliteit in circuitontwerpen mogelijk maakt. Dit is gedeeltelijk belangrijk omdat andere benaderingen van patroonvorming steeds complexer worden en daarom beperkingen opleggen aan de circuitontwerpen.

Vertel ons over de IITC/AMC-conferentie. Wat presenteer je en waarom is dit de plek om je werk te introduceren?

GB: De conferentie is de belangrijkste BEOL-bijeenkomst van het jaar. Belangrijke industriële en academische deelnemers komen samen om de laatste ontwikkelingen te delen en te bespreken. We waren uitgenodigd om twee lezingen te geven over 7nm BEOL Technology en BEOL Design Technology Co-Optimization for Beyond 7nm Technology. Mijn collega, Dr. Theo Standaert, is de hoofdauteur van onze 7nm BEOL-technologiepaper. Zijn team is verantwoordelijk voor het definiëren en demonstreren van interconnectieoplossingen voor toekomstige technologieknooppunten.

We hebben ook zes bijgedragen lezingen en vier posters over de belangrijkste prestatiestatistieken van BEOL en nieuwe integratiemethoden en -materialen. De IBM Research Alliance heeft de meeste papers en lezingen op de conferentie van dit jaar.

Vertel ons meer over de Alliantie. Hoe hebben GLOBALFOUNDRIES, SUNY Polytechnic Institute en de andere partners bijgedragen?

GB: Deze partnerschappen waren cruciaal. Ze hebben de verkenning van de nieuwste BEOL-innovaties mogelijk gemaakt door een unieke samenwerking van de diepgaande onderzoeksexpertise van IBM, de ontwikkelings- en productievaardigheden van GLOBALFOUNDRIES en Samsung,

Close-up van IBM 7nm node-testchip geproduceerd bij SUNY Poly CNSE in Albany, NY. (Darryl Bautista/Feature Photo Service voor IBM)

en de academische innovatie en leiderschap van SUNY Poly.

SiGe-kanaalmateriaal en EUV-lithografie werden vorig jaar als doorbraken aangemerkt. Wat zijn de nieuwe complementaire materialen of technieken die nu worden gebruikt?

GB: We zijn van plan om de introductie van kobaltmetallisatie op contactniveau te benadrukken, en de technische details van de vereiste innovaties om een ​​betrouwbare BEOL-interconnectie te maken in deze echt opwindende, agressieve dimensies.

Wat betekenen deze vorderingen in termen van het in massa kunnen produceren van een 7nm-chip?

GB: Ze maken het mogelijk om interconnect-scaling tot in het 7nm-technologieknooppunt voort te zetten, met aangetoonde opbrengst en betrouwbaarheid. We presenteren een primeur in de sector, volledige evaluatie van doorbraakcontact/lokale verbindingsmetallurgie, gericht op doorbraakvermindering van contactweerstand - ongeveer 2,5x lager. Deze hoge weerstanden zijn naar voren gekomen als ernstige prestatiebeperkers voor high-end CMOS Ultra-Large-Scale-Integration (ULSI) in 10nm- en 7nm-technologieknooppunten.

Wat is de betekenis van de doorbraak van lokale verbindingen?

GB: We hebben de eerste verandering aangebracht in contactmetallurgie sinds het begin van damasceenverwerking - een unieke, additieve verwerkingstechniek die wordt gebruikt om de Cu-verbindingen te vormen, analoog aan de metaalinlegtechnieken die in de Middeleeuwen werden gebruikt - zo'n 25 jaar geleden. Deze verandering is van cruciaal belang voor 7nm-knooppunttechnologie, omdat het een echt pad biedt om het prestatieverlies met het traditionele metaal - wolfraam - te verminderen.