Percées d'IBM en technologie BEOL 7 nm : lithographie EUV et métallisation au cobalt propulsent les puces de nouvelle génération

Le Dr Griselda Bonilla dirige l'équipe Advanced BEOL Interconnect Technology d'IBM Research, pilotant les percées qui élèvent les solutions d'interconnexion sur puce (BEOL) leaders de l'industrie. Nous l'avons interviewée avant les présentations de son équipe à la conférence IITC/AMC à San Jose, Californie, cette semaine.

Pourquoi la technologie 7 nm est-elle si importante ?

Griselda Bonilla : Le nœud 7 nm est un pivot pour les systèmes de nouvelle génération — cloud, big data, calcul cognitif, mobile. Suite à un investissement de 3 milliards $ en 2014 et des collaborations avec l'État de New York, GLOBALFOUNDRIES et Samsung, nos innovations en matériaux, outils et processus pourraient offrir jusqu'à 50 % de gain en performance énergétique pour ces plateformes. Atteindre le jalon 7 nm via de nouveaux matériaux et la lithographie EUV est un indicateur fort de ce potentiel.

Quel a été votre rôle dans la puce test 7 nm révolutionnaire l'an dernier ?

GB : J'ai géré une grande équipe transversale qui a défini et développé une nouvelle technologie d'interconnexion fiable à un pas de 36 nm.

Quelle a été la progression depuis la percée de l'an dernier ?

GB : Le parcours a été exaltant. Le dimensionnement BEOL reste un défi majeur pour les nœuds CMOS modernes, y compris le nœud 7 nm que nous poussons. Notre focus est sur les interconnexions back-end-of-line qui relient transistors, condensateurs, résistances, etc. Le câblage en cuivre sur lequel nous travaillons fait maintenant moins de 1/20e de la taille des interconnexions Cu originales introduites il y a près de deux décennies. Pour la première fois, nous avons démontré des interconnexions agressivement dimensionnées en utilisant la lithographie ultraviolette extrême (EUV), offrant une flexibilité sans précédent dans la conception de circuits — un avantage critique alors que les autres techniques de patterning deviennent de plus en plus complexes et restrictives.

Parlez-nous de la conférence IITC/AMC. Que présentez-vous et pourquoi est-ce le lieu idéal ?

GB : La conférence IITC/AMC est le rassemblement premier pour la recherche BEOL, réunissant leaders industriels et académiques pour échanger les dernières avancées. Nous avons été invités à donner deux exposés : « Technologie BEOL 7 nm » et « Co-optimisation conception-technologie BEOL pour au-delà du 7 nm ». Mon collègue, le Dr Theo Standaert, dirige l'équipe qui a rédigé notre article sur la technologie BEOL 7 nm et est responsable de la définition et la validation des solutions d'interconnexion pour les nœuds futurs. En outre, nous avons présenté six communications et quatre affiches couvrant les métriques clés de performance BEOL, les nouvelles méthodes d'intégration et les matériaux. L'Alliance de recherche IBM a obtenu le plus grand nombre d'articles et d'exposés à la conférence de cette année.

En quoi l'Alliance a-t-elle contribué ? Comment GLOBALFOUNDRIES, SUNY Polytechnic Institute et les autres partenaires ont-ils contribué ?

GB : Ces collaborations sont fondamentales. Elles permettent d'explorer des innovations BEOL de pointe grâce à un mélange unique de l'expertise approfondie d'IBM, de la prouesse de fabrication de GLOBALFOUNDRIES et Samsung, et de l'innovation académique et du leadership de SUNY Poly.

Gros plan de la puce test IBM 7 nm produite à SUNY Poly CNSE à Albany, NY. (Darryl Bautista/Feature Photo Service for IBM)

Le matériau de canal SiGe et la lithographie EUV ont été identifiés comme percées l'an dernier. Quels nouveaux matériaux ou techniques complémentaires sont employés maintenant ?

GB : Nous mettons en avant la métallisation au cobalt au niveau des contacts, ainsi que les innovations techniques nécessaires pour atteindre une interconnexion BEOL fiable à ces dimensions agressives.

Que signifient ces avancées pour la production en masse d'une puce 7 nm ?

GB : Elles permettent au dimensionnement des interconnexions de se poursuivre dans le nœud 7 nm avec un rendement et une fiabilité prouvés. Nous présenterons une évaluation complète, première de l'industrie, des métallurgies de contact/interconnexion locale révolutionnaires, ciblant une réduction de 2,5 fois de la résistance de contact — cruciale pour surmonter le goulot d'étranglement de performance posé par la résistance élevée dans les CMOS ULSI 10 nm et 7 nm.

Quelle est l'importance de la percée sur les interconnexions locales ?

GB : Cela marque le premier changement de métallurgie de contact depuis l'invention du traitement damascène — une technique additive créant des interconnexions Cu — il y a près de 25 ans. Cette avancée est cruciale pour la technologie 7 nm, offrant une voie concrète pour atténuer la perte de performance associée aux contacts en tungstène traditionnels.