Auf der IEEE International Electronic Devices Conference (IEDM 2025) 2025 demonstrierte Intel Foundry einen wichtigen technologischen Durchbruch für das Chipdesign auf Systemebene im KI-Zeitalter – die nächste Generation eingebetteter Entkopplungskondensatoren. Es wird erwartet, dass diese Innovation den Stromversorgungsengpass löst, der durch die kontinuierliche Schrumpfung von Transistoren entsteht, und eine stabilere und effizientere Stromversorgungslösung für KI- und Hochleistungschips bietet.
Innovation im Kondensatormaterial
Forscher von Intel Foundry demonstrieren drei neue Metall-Isolator-Metall-Kondensatormaterialien (MIM) für tiefe Grabenstrukturen:
(1) Ferroelektrisches Hafniumzirkoniumoxid (HfZrO): Nutzt die spontanen Polarisationseigenschaften ferroelektrischer Materialien, um eine hohe Dielektrizitätskonstante im Nanobereich zu erreichen;
(2) Titandioxid (TiO₂): verfügt über ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften und thermische Stabilität;
(3) Strontiumtitanat (SrTiO₃): Ein Perowskit-Strukturmaterial, das in tiefen Gräben eine hervorragende Kapazitätsdichte aufweist.
Diese Materialien ermöglichen ein gleichmäßiges und kontrollierbares Filmwachstum in tiefen Grabenstrukturen mittels Atomlagenabscheidung (ALD), wodurch die Schnittstellenqualität erheblich verbessert und die Gerätezuverlässigkeit erhöht wird.
Bahnbrechende Leistungskennzahlen
Diese Technologie hat einen generationsübergreifenden Sprung gemacht, der sich widerspiegelt in:
(2) Kapazitätsdichte: Erreichen von 60–98 fF/μm², eine deutliche Verbesserung im Vergleich zur aktuellen fortschrittlichen Technologie;
(2) Leckleistung: Das Leckageniveau ist 1.000-mal niedriger als das Branchenziel, wodurch der statische Stromverbrauch erheblich reduziert wird.
(3) Zuverlässigkeit: Beeinflusst Indikatoren wie Kapazitätsdrift und Durchbruchspannung nicht.
Vorteile auf Systemebene
Dieser technologische Durchbruch wird dem KI-Chipdesign zahlreiche Vorteile bringen, darunter eine verbesserte Leistungsintegrität und eine wirksame Unterdrückung von Netzteilrauschen und Spannungsschwankungen. Im Hinblick auf die gemeinsame Optimierung des Wärmemanagements wird eine gemeinsame elektrische und thermische Optimierung erreicht, um eine stabilere Arbeitsumgebung für leistungsstarke KI-Chips zu schaffen. Es trägt auch dazu bei, eine höhere Kapazitätsdichte auf einer begrenzten Chipfläche zu erreichen, wodurch mehr Platz für die Integration funktionaler Module frei wird und eine Optimierung der Chipfläche erreicht wird.
In der nächsten Generation fortschrittlicher CMOS-Prozesse haben eine Reihe stabiler MIM-Kapazitätsdichteverbesserungstechnologien mit geringem Leckstrom ein erhebliches Anwendungspotenzial. Intel Foundry wird sich für kontinuierliche Innovation einsetzen und wichtige Energieverwaltungslösungen für Hochleistungs-Computing-Chips im KI-Zeitalter bereitstellen.