IBM planche sur une tech­no­lo­gie 5nm en GaaFET

L’amé­ri­cain et ses par­te­naires Sam­sung et Glo­bal­foun­dries dé­ve­loppent un pro­cess 5nm ex­ploi­tant non plus des tran­sis­tors FinFET, mais une nou­velle struc­ture de tran­sis­tors plus fa­ci­le­ment per­son­na­li­sables.

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Moins de deux ans après avoir an­non­cé l eur pre­mier pro­to­type de cir­cuit in­té­gré en tech­no­lo­gie 7 nm, IBM, ses par­te­naires Glo­bal­foun­dries et Sam­sung et leurs four­nis­seurs d’équi­pe­ments, viennent de dé­ve­lop­per le pre­mier pro­cess de l ’ i ndus­trie per­met­tant de fa­bri­quer des tran­sis­tors pour puces en géo­mé­trie 5 nm. Pré­sen­tés lors du tout ré­cent Sym­po­sium sur les cir­cuits et tech­no­lo­gies VLSI de Kyo­to, ces tra­vaux s’ins­crivent dans le cadre du plan quin­quen­nal de R&D d’IBM an­non­cé en 2014 et do­té de 3 mil­liards de dol­lars, et dans la col­la­bo­ra­tion avec l’Ins­ti­tut po­ly­tech­nique SUNY de l’État de New York. Sur­tout, ils lèvent le voile sur une road­map dont les op­tions tech­no­lo­giques pour­raient bien être sui­vies par les autres ac­teurs mon­diaux de la fa­bri­ca­tion de cir­cuits in­té­grés de pointe tels que TSMC ou In­tel.

Re­trou­ver la sou­plesse des pro­cess pla­naires

Les tran­sis­tors 5 nm d’IBM pré­sentent non pas une ar­chi­tec­ture FinFET comme ceux uti­li­sés jus­qu’en 7 nm, mais sont de type GaaFET ( gate-al­la­round FET) na­no­sheets. Ils sont consti­tués, comme leur nom l’in­dique, d’une grille en­tou­rant com­plè­te­ment le ca­nal de conduc­tion des électrons (alors que dans un FinFET, elle n’en contrôle que trois cô­tés). Rap­pe­lons qu’à me­sure que les géo­mé­tries de gra­vure de se­mi-conduc­teurs ra­pe­tissent, les électrons cir­cu­lant dans le tran­sis­tor sont de moins en moins nom­breux et la com­mande du tran­sis­tor de plus en plus com­pli­quée. Pour ga­gner en pré­ci­sion et li­mi­ter les fuites d’électrons, les grilles de ces tran­sis­tors « en­serrent » donc de plus en plus le ca­nal de conduc­tion des électrons. La tech­no­lo­gie FinFET, avec sa struc­ture en ai­le­ron de re­quin, per­met­tait dé­jà à la grille de contrôler trois cô­tés de ce ca­nal de conduc­tion ; les struc­tures GaaFET, elles, vont plus loin puisque la grille en­toure com­plè­te­ment le ca­nal. Ce ca­nal de conduc­tion est ici di­vi­sé en trois na­no­feuilles de si­li­cium em­pi­lées, cha­cune ne me­su­rant que quelques na­no­mètres d’épais­seur et étant en­tiè­re­ment cer­née par la grille. Pour­quoi des feuilles et pas des fils de si­li­cium, comme on a pu en voir par ailleurs ? D’après Hui­ming Bu, di­rec­teur des com­po­sants et de l’in­té- gra­tion sur si­li­cium chez IBM, il s’agit es­sen­tiel­le­ment de re­nouer avec cer­tains avan­tages des tech­no­lo­gies pla­naires d’avant les FinFET. En jouant sur la lar­geur des na­no­feuilles, il est ici pos­sible de mo­di­fier le com­pro­mis entre ra­pi­di­té et consom­ma­tion et de rendre ain­si une cer­taine flexi­bi­li­té aux concep­teurs, un tran­sis­tor de mé­moire n’ayant pas les mêmes be­soins qu’un tran­sis­tor de pro­ces­seur par exemple.

Consom­ma­tion ré­duite de 75% par rap­port au 10nm

D’après IBM, cette tech­no­lo­gie 5 nm de­vrait of­frir un gain de 40 % en per­for­mance à consom­ma­tion égale ou de 75 % en consom­ma­tion à per­for­mance égale par rap­port à un pro­cess 10nm ac­tuel. « Des gains bien plus im­por­tants que si l’on s’était conten­té de ré­tré­cir des tran­sis­tors FinFET », avance Hui­ming Bu. Les équi­pe­ments à ul­tra­vio­lets ex­trêmes ( EUV), dé­jà em­ployés pour les pro­to­types en 7 nm, ont été réuti­li­sés ici. À no­ter que, de son cô­té, l’Imec vient de pré­sen­ter des tran­sis­tors FET en ger­ma­nium éga­le­ment ba­sés sur une struc­ture GaaFET, ici en 9 nm, une pre­mière dans l’in­dus­trie se­lon le centre belge de re­cherche et dé­ve­lop­pe­ment en mi­cro­élec­tro­nique. Ils ont été fa­bri­qués sur une pla­te­forme de fa­bri­ca­tion sur tranches de 300 mm, grâce à des avan­cées tech­niques sus­cep­tibles d’ap­por­ter éga­le­ment des amé­lio­ra­tions aux tran­sis­tors FinFET ger­ma­nium. Ces tran­sis­tors GaaFET sont ba­sés sur un na­no­fil de 9 nm de dia­mètre et une grille de 40 nm de long.

FRÉDÉRIC RÉ­MOND

≥ Le ca­nal de conduc­tion de ces tran­sis­tors 5nm est ré­par­ti en trois na­no­feuilles en­tiè­re­ment en­tou­rées par la grille de com­mande et dont la lar­geur peut être op­ti­mi­sée en fonc­tion du com­pro­mis per­for­mances/ consom­ma­tion dé­si­ré.

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