Tecnología de semiconductores avanzada, un nanómetro a la vez

La Dra. Griselda Bonilla es la directora senior del equipo de Tecnología de interconexión avanzada BEOL en IBM Research, responsable de ofrecer soluciones innovadoras que hacen avanzar las tecnologías de interconexión en chip (BEOL) líderes en la industria de IBM. Nos sentamos con ella antes de que su equipo diera dos charlas en la Conferencia IITC / AMC en San José, California esta semana.

En primer lugar, cuéntenos un poco por qué la tecnología de 7 nm es tan importante.

Dr. Griselda Bonilla, directora sénior del equipo de tecnología avanzada de interconexión BEOL, IBM Research (Foto:NACME)

Griselda Bonilla: La tecnología de 7 nm será crucial para los avances futuros en una serie de plataformas y sistemas, incluida la computación en la nube, big data, computación cognitiva y dispositivos móviles. Como parte de nuestra inversión de $ 3 mil millones en 2014 y la alianza con el estado de Nueva York, GLOBALFOUNDRIES y Samsung, las técnicas y mejoras de escala que hemos desarrollado podrían resultar en una mejora del 50 por ciento de potencia / rendimiento para estos sistemas de próxima generación. El logro del nodo de 7 nm que hemos logrado, a través de una combinación de nuevos materiales, herramientas y técnicas, es muy prometedor.

¿Cuál fue su papel en el innovador chip de prueba de nodo de 7 nm del año pasado?

GB: Dirigí un gran equipo multifuncional que definió y desarrolló una tecnología de interconexión nueva y confiable con un paso de 36 nm.

¿Cómo ha sido el progreso desde el avance del año pasado?

GB: Ha sido emocionante. El escalado de BEOL es un gran desafío para los nodos CMOS recientes, incluidos los de 7 nm en los que hemos estado trabajando. Nos hemos centrado en interconexiones back-end-of-line que conectan dispositivos (transistores, condensadores, resistencias, etc.) entre sí. El cableado de cobre (Cu) con el que estamos trabajando es inferior a 1/20 ^th el tamaño de las interconexiones de Cu originales introducidas hace casi 20 años. Hemos demostrado, por primera vez, interconexiones escaladas agresivamente utilizando litografía ultravioleta extrema (EUV), lo que permite flexibilidad en los diseños de circuitos. Esto es significativo en parte porque otros enfoques de patrones son cada vez más complejos y, por lo tanto, imponen restricciones en los diseños de circuitos.

Cuéntenos sobre la Conferencia IITC / AMC. ¿Qué estás presentando y por qué es este el lugar para presentar tu trabajo?

GB: La conferencia es la principal reunión de BEOL del año. Los principales participantes industriales y académicos se reúnen para compartir y discutir los últimos desarrollos. Fuimos invitados a dar dos charlas sobre la tecnología BEOL de 7 nm y la co-optimización de la tecnología de diseño BEOL para la tecnología más allá de los 7 nm. Mi colega, el Dr. Theo Standaert, es el autor principal de nuestro artículo sobre tecnología BEOL de 7 nm. Su equipo está a cargo de definir y demostrar soluciones de interconexión para futuros nodos tecnológicos.

También contamos con seis charlas contribuidas y cuatro carteles que cubren métricas clave de desempeño de BEOL y métodos y materiales de integración novedosos. IBM Research Alliance tiene la mayor cantidad de artículos y charlas en la conferencia de este año.

Cuéntanos más sobre la Alianza. ¿Cómo han contribuido GLOBALFOUNDRIES, SUNY Polytechnic Institute y los demás socios?

GB: Estas asociaciones han sido clave. Han ayudado a permitir la exploración de las últimas innovaciones de BEOL a través de una colaboración única de la profunda experiencia en investigación de IBM, el desarrollo y la habilidad de fabricación de GLOBALFOUNDRIES y Samsung,

Primer plano del chip de prueba de nodo IBM 7nm producido en SUNY Poly CNSE en Albany, NY. (Darryl Bautista / Feature Photo Service para IBM)

y la innovación académica y el liderazgo de SUNY Poly.

El material del canal SiGe y la litografía EUV se señalaron como avances el año pasado. ¿Cuáles son los nuevos materiales o técnicas complementarias que se están empleando ahora?

GB: Planeamos destacar la introducción de la metalización de cobalto a nivel de contacto, y los detalles técnicos de las innovaciones requeridas para hacer una interconexión BEOL confiable en estas dimensiones realmente emocionantes y agresivas.

¿Qué significan estos avances en términos de poder producir en masa un chip de 7 nm?

GB: Permiten que el escalado de interconexiones continúe en el nodo de tecnología de 7 nm, con rendimiento y confiabilidad demostrados. Presentaremos una evaluación completa y pionera en la industria de las metalurgias de interconexión local / contacto de vanguardia, con el objetivo de lograr reducciones de resistencia de contacto revolucionarias, aproximadamente 2,5 veces más bajas. Estas altas resistencias han surgido como severas limitaciones de rendimiento para CMOS Ultra-Large-Scale-Integration (ULSI) de gama alta en nodos de tecnología de 10 nm y 7 nm.

¿Cuál es la importancia del avance de las interconexiones locales?

GB: Hicimos el primer cambio en la metalurgia de contactos desde el inicio del procesamiento de damasquinado, una técnica de procesamiento aditiva única utilizada para formar las interconexiones de Cu, análogas a las técnicas de incrustaciones de metal utilizadas en la Edad Media, hace unos 25 años. Este cambio será fundamental para la tecnología de nodo de 7 nm, ya que proporciona una ruta real para mitigar la pérdida de rendimiento con el metal tradicional:tungsteno.