【 cmos|用尽元素周期表，能否将半导体微缩坚持到底？】英特尔制程和封装背后的探路者
在英特尔的工艺制程和先进封装的路上，有一群坚实的探路者，他们就是英特尔组件研究团队，英文名字是Component research，这个团队负责革命性、前瞻性的制程工艺跟封装技术方案，来推进摩尔定律。他们在与外部建立合作关系的同时也建立了紧密地内部合作关系。英特尔在2021年发布了一个简单清晰的制程节点命名体系，不再指代纳米节点。新名称包括Intel 7、Intel 4、Intel 3 和 Intel 20A。Intel 20A将开启芯片的埃米时代。这些新工艺所使用的先进技术，在很多年前英特尔的组件研究团队就已经在进行研究，组件研究团队并不会把整个制程工艺流程研究出来，但是最关键的单独组件都是由这个部门研发出来的。持续创新是保持摩尔定律活力的基石。
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而现在，英特尔将从三个关键研究领域，为更强大的计算铺平清晰的道路并探索多种可能。一个是至关重要的微缩技术（transistor scaling），这里面要做的工作是进行全新的晶体管设计，在光刻技术上突破，对先进封装的研究。第二是为硅注入新功能，因为硅做功率器件是不太合适的，尤其是要硅基CMOS要应用到汽车或者需要的高压器件电子设备，这就得想办法为硅注入一些新的功能；还需要满足更大的内存资源；新材料的突破也是迫在眉睫。第三是探索物理学的新概念，物理学新概念包括探索全新的功率器件，以此来建立一个全新的电路模型。“摩尔定律是一个经济定律，产生一个新想法很简单，学术界和工业界都在进行不同技术上的探索，但最大的问题是不能大批量生产，任何一个新技术如果不能让你的客户负担得起，那么最后的应用只能是非常有限。所以最好的办法就是利用现有已经投入的固定资产，尽快地把这些资产优化。全球现在大约花费上万亿美元的投资在12英寸晶圆设备、生态系统上，需要把这些资源利用起来，降低制造成本。”卢东晖博士表示。本次英特尔在IEDM上发表的大部分技术文章都是基于300毫米硅晶圆的传统CMOS技术。在今年的IEDM上，英特尔发布了上述三个关键方向的突破：第一关于微缩技术，英特尔发表了三篇文章，一篇是关于HBI（Hybrid Bonding Interconnect），如下图a）所示，达到了超过10倍互联密度提升；另外一篇是3D CMOS，如下图b）所示，提高了30%-50%的面积利用率；第三篇是利用二维材料改进单原子层晶体管。
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图a) Paper #34-3 ：在Intel进程上启用Hybrid Bonding（图源：英特尔）卢东晖博士也对这些技术做了详细的讲解，如上图a）所示，左边是目前主流的，比较传统的技术，比如焊锡连接，两个芯片连接是在铜上放一层锡，然后加热，这种方式最大的缺点是密度比较低，尺寸比较大。右边的是Hybrid Bonding，它利用的是材料学原理，也就是说铜的表面如果直接这样接触，中间是一个不导绝缘的介质，表面处理好之后，如果只是物理上把它放在一起，它会产生分子键合，这是非常好的结合。如果说它完全对整的话，就完全看不出来它其实是粘在一起的，这是在分子面的结合，所以叫Hybrid Bonding。它最大的好处是连接的密度能达到至少10倍的提升。不过因为它的制程非常敏感，就需要这个表面非常平，要用机械抛光把它磨平，所以化学机械抛光（SNP）和沉积的优化是非常关键的。
