Technologie avancée des semi-conducteurs, un nanomètre à la fois

Le Dr Griselda Bonilla est la directrice principale de l'équipe Advanced BEOL Interconnect Technology chez IBM Research, responsable de la fourniture de solutions innovantes qui font progresser les technologies d'interconnexion sur puce (BEOL) d'IBM. Nous nous sommes assis avec elle avant que son équipe ne donne deux conférences lors de la conférence IITC/AMC à San Jose, en Californie, cette semaine.

Tout d'abord, expliquez-nous pourquoi la technologie 7 nm est si importante.

Dr. Griselda Bonilla, Senior Manager de l'équipe Advanced BEOL Interconnect Technology, IBM Research (Photo :NACME)

Griselda Bonilla : La technologie 7 nm sera cruciale pour les avancées futures sur un certain nombre de plates-formes et de systèmes, notamment le cloud computing, les mégadonnées, l'informatique cognitive et le mobile. Dans le cadre de notre investissement de 3 milliards de dollars en 2014 et de notre alliance avec l'État de New York, GLOBALFOUNDRIES et Samsung, les techniques et les améliorations de mise à l'échelle que nous avons développées pourraient entraîner une amélioration de 50 % de la puissance et des performances de ces systèmes de nouvelle génération. La réalisation de nœuds de 7 nm que nous avons réalisée, grâce à une combinaison de nouveaux matériaux, outils et techniques, est très prometteuse.

Quel a été votre rôle dans la puce de test de nœud 7 nm révolutionnaire de l'année dernière ?

Go : J'ai géré une grande équipe interfonctionnelle qui a défini et développé une nouvelle technologie d'interconnexion fiable au pas de 36 nm.

Comment ont été les progrès depuis la percée de l'année dernière ?

Go : Cela a été excitant. La mise à l'échelle BEOL est un grand défi pour les nœuds CMOS récents, y compris le 7 nm sur lequel nous avons travaillé. Nous nous sommes concentrés sur les interconnexions de fin de ligne qui connectent les appareils - transistors, condensateurs, résistances, etc. - les uns aux autres. Le câblage en cuivre (Cu) avec lequel nous travaillons est inférieur au 1/20 ^e la taille des interconnexions Cu originales introduites il y a près de 20 ans. Nous avons démontré, pour la première fois, des interconnexions à l'échelle agressive utilisant la lithographie ultraviolette extrême (EUV), ce qui permet une flexibilité dans les conceptions de circuits. Ceci est important en partie parce que d'autres approches de modélisation sont de plus en plus complexes et imposent donc des restrictions sur les conceptions de circuits.

Parlez-nous de la conférence IITC/AMC. Que présentez-vous et pourquoi est-ce l'endroit idéal pour présenter votre travail ?

Go : La conférence est le premier rassemblement BEOL de l'année. Les principaux participants industriels et universitaires se réunissent pour partager et discuter des derniers développements. Nous avons été invités à donner deux conférences sur la technologie BEOL 7 nm et la co-optimisation de la technologie de conception BEOL pour la technologie Beyond 7 nm. Mon collègue, le Dr Theo Standaert, est l'auteur principal de notre article sur la technologie BEOL 7 nm. Son équipe est chargée de définir et de démontrer des solutions d'interconnexion pour les futurs nœuds technologiques.

Nous avons également six contributions et quatre affiches couvrant les mesures de performance clés de BEOL et les nouvelles méthodes et matériaux d'intégration. L'IBM Research Alliance a le plus d'articles et d'exposés lors de la conférence de cette année.

Dites-nous en plus sur l'Alliance. Comment GLOBALFOUNDRIES, l'Institut polytechnique SUNY et les autres partenaires ont-ils contribué ?

Go : Ces partenariats ont été essentiels. Ils ont permis d'explorer les dernières innovations BEOL grâce à une collaboration unique de l'expertise de recherche approfondie d'IBM, des compétences de développement et de fabrication de GLOBALFOUNDRIES et de Samsung,

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

et l'innovation académique et le leadership de SUNY Poly.

Le matériau des canaux SiGe et la lithographie EUV ont été identifiés comme des percées l'année dernière. Quels sont les nouveaux matériaux ou techniques complémentaires utilisés actuellement ?

Go : Nous prévoyons de mettre en évidence l'introduction de la métallisation du cobalt au niveau du contact et les détails techniques des innovations requises pour créer une interconnexion BEOL fiable à ces dimensions vraiment excitantes et agressives.

Que signifient ces avancées en termes de capacité à produire en masse une puce de 7 nm ?

Go : Ils permettent à la mise à l'échelle des interconnexions de se poursuivre dans le nœud technologique 7 nm, avec un rendement et une fiabilité démontrés. Nous présenterons une évaluation complète, une première dans l'industrie, des métallurgies révolutionnaires de contact/interconnexion locale, visant à des réductions de résistance de contact révolutionnaires - environ 2,5 fois inférieures. Ces résistances élevées sont devenues de sévères limiteurs de performances pour l'intégration CMOS à ultra-large échelle (ULSI) haut de gamme dans les nœuds technologiques 10 nm et 7 nm.

Quelle est l'importance de la percée des interconnexions locales ?

Go : Nous avons apporté le premier changement à la métallurgie de contact depuis le début du traitement damasquiné - une technique de traitement additif unique utilisée pour former les interconnexions Cu, analogue aux techniques d'incrustation de métal utilisées au Moyen Âge - il y a environ 25 ans. Ce changement sera essentiel pour la technologie des nœuds 7 nm, car il fournit un véritable moyen d'atténuer la perte de performances avec le métal traditionnel - le tungstène.