2022年是晶体管诞生75周年，1947年12月,美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组,研制出一种点接触型的锗晶体管，这是从“电子管”迈入“晶体管”时代的标志，也为后来集成电路的发明乃至整个信息产业的发展奠定了基础。
同样是在2022年，英特尔CEO宣布了一个宏伟计划，那就是到2030年，一个芯片封装上可以有1万亿个晶体管。
从一个到一万亿个，晶体管数量的增长将进一步印证摩尔定律的预言。而为了延续摩尔定律，英特尔提出了RibbonFET以及PowerVia两大突破性技术，以及High-NA光刻等，以达成这一雄伟目标。
在2022 IEDM上，英特尔继续一口气发布了8篇论文，这些由英特尔组件研究部门牵头的前沿研究，再一次印证了英特尔追求摩尔定律的决心。
英特尔研究院副总裁、英特尔中国研究院院长宋继强博士日前向公众介绍了这8篇论文，这些论文围绕着3D封装、2D材料以及新的存储产品三大方向。其中，3D封装和2D材料是英特尔下一步缩微的重点方向。
论文一览
3D封装与“准单片概念”
英特尔此次提出了“准单片（quasi-monolithic）”的概念，在这一概念下，Wafer Fab通过更多的工艺流程，从而整合出和单片没有太多差异3D封装芯片。
通过英特尔的“混合键合技术”，芯片互联间距从2021年的10微米缩小到如今的3微米，密度提升了十倍，也意味着其3D封装已经可以做到接近wafer级水平。通过提升引脚互联密度，可以有效提高信号传输带宽，并且降低面积和功耗。
和线宽制程的进展一样，3D封装也需要不断克服各项挑战。宋继强举例道，在混合键合技术中，包括触点的平整度，芯片键合的对准，键合温度以及键合填充料的多少，都需要有详细的研究、测试和验证过程。
同时，英特尔的多芯片互联工艺在材料上也进行了创新，把绝缘层过孔的有机材料替换成无机材料，无需增加额外的芯粒就可以形成过孔连接。这种TDV工艺，相比硅通孔TSV，除了具有更好的功率和信号完整性，也可以使芯粒之间可以实现更灵活的连接，而不只有垂直形式。同时，选择无机材料也可以使Wafer Fab与封装厂的工艺兼容，从而实现更好的商业化。
“混合键合技术的间距并不是一下子推进到3微米的，只能通过各种试验或组合测试，才能实现一步步的推进。”宋继强说道。
3微米间距的混合键合技术
3个原子厚的超薄二维材料
材料同样是晶体管微缩的关键。宋继强表示，英特尔采用RibbonFET结构实现GAA时，随着源极和漏极之间的间距缩小，硅材料会带来明显的短沟道效应。英特尔尝试采用了过渡金属硫化物，这种只有3个原子厚度的二维材料，导电性非常好，因此可以替代沟道上的硅。
先进的过渡金属硫化物
在论文中，英特尔表示这种超薄“2D纳米片”还可以实现堆叠，也就意味着可以有更多的门控制。
同时，英特尔还验证了2D材料的不同接触模式，包括顶层接触、边缘接触以及两者兼而有之的混合接触模式。在几种不同接触模式下，英特尔都全面分析了触点的控制能力和电流，并进行完整的分析建模，这是利用新材料制备环绕栅极多层堆叠晶体管的先期准备。
其他亮点
此外，在本届IEDM上，英特尔还展现了其他方面的诸多亮点。
比如英特尔300mm硅基氮化镓的突破，其截止频率最高可达680GHz，并且FoM相比行业一般标准提升了20倍，非常适合5G多天线阵列的电源管理，以及其他大电流的电源管理应用。
在量子计算方面，英特尔继续进行量子比特制造稳定性的研究工作。在FeRAM高速嵌入式存储器上也实现了更高的密度。
大放异彩的组件团队
总而言之，英特尔组件研究团队继续在此次IEDM上大放异彩。正如英特尔技术开发事业部副总裁兼组件研究与设计总经理Gary Patton所说：“自人类发明晶体管75年来，推动摩尔定律的创新在不断满足世界指数级增长的计算需求。在IEDM 2022，英特尔展示了其前瞻性思维和具体的研究进展，有助于突破当前和未来的瓶颈，满足无限的计算需求，并使摩尔定律在未来继续保持活力。”
从2023年到2030年间晶体管数量翻10倍的目标是否过于激进？宋继强的回答是：“英特尔找到了一条协同创新之路，一方面不断发展晶体管的缩微技术，另外则是不断创新3D封装技术的研究。”
从近两年英特尔在IEDM上发的论文来看，这两方面的进步都是斐然的，而接下来的商用化就需要诸位拭目以待了。
