IBM et Samsung ont annoncé une nouvelle architecture de conception de fabrication de semi-conducteurs qu’ils appellent Transistors à effet de champ à nanofeuilles à transport vertical (VTFET en abrégé). Le nouveau principe de conception de fabrication promet de permettre d’autres augmentations de la densité des transistors, ainsi que des performances doublées à la même consommation d’énergie, ou une efficacité énergétique supérieure de 85 % pour les mêmes performances globales par rapport à une alternative finFET à échelle similaire.
L’une des raisons pour lesquelles l’amélioration de la densité des transistors est une tâche de plus en plus difficile est que, généralement, les transistors sont disposés et disposés dans une tranche de manière horizontale. Le problème ici est que les composants du transistor occupent beaucoup plus de surface sur la puce qu’ils ne le feraient s’ils étaient disposés verticalement. Dans les processus existants, les augmentations de densité de transistors se sont concentrées sur la réduction de la taille de ces composants, tels que les pas d’espacement, de grille et de fil. Cependant, ces unités fondamentales (qui comprennent également des éléments isolants entre les transistors) doivent toutes tenir dans le pas de grille contacté (CGP) – la zone minimale requise pour qu’un transistor fonctionnel soit disposé. Mais et si les transistors étaient en fait conçus verticalement, au lieu d’horizontalement ?
VTFET fait exactement cela ; c’est une nouvelle façon de concevoir des transistors qui les placent en fait perpendiculairement à la plaquette, leur permettant de s’adapter sur l’axe Z au lieu d’occuper un espace précieux sur la plaquette. Cela permet aux fabricants de réduire le nombre de composants requis pour un transistor fonctionnel (ils peuvent désormais perdre les isolants inter-transistors), ce qui permet à son tour de les rapprocher les uns des autres. Le courant circule naturellement verticalement dans cet arrangement, au lieu du courant horizontal commun actuellement utilisé. Libérés des contraintes de mise à l’échelle horizontale, les chercheurs peuvent désormais optimiser indépendamment les composants des transistors – les tailles d’espacement, de contact et de grille, par exemple – pour les caractéristiques de puissance et de performance de la puce. Le processus de compromis vieux de plusieurs décennies entre l’équilibrage de tous ces composants dans les quartiers relativement restreints des dispositions horizontales bénéficie désormais d’une pause bien nécessaire.
Ces options d’ingénierie supplémentaires sont un élément important des performances doublées ou du rendement supérieur de 85 % des transistors VTFET. TSMC, par exemple, a obtenu des avantages bien moindres de sa transition entre les technologies 7 nm et 5 nm – TSMC a cité une amélioration des performances de 20 % à la même puissance ou une amélioration de l’efficacité énergétique maximale de 40 %. La réorganisation « simplement » verticale des configurations de transistors peut donc avoir plus d’impact que même les changements de nœuds – et les transistors VTFET peuvent bien sûr également être miniaturisés davantage avec les progrès de la fabrication.
Il reste à voir sur quelles technologies l’industrie s’installera le long du chemin vers des tailles et des densités de transistors inférieures au nanomètre. Que ce soit via les VTFET ou les CASFET (qui ont amené les principes de conception de l’informatique quantique à la conception de transistors) ou une autre solution technologique, une chose est sûre : même la physique ne peut pas entraver notre progrès technologique.
Les fabricants luttent depuis des années pour maintenir la loi de Moore en vie, avec de multiples solutions au problème de plus en plus difficile de la miniaturisation des transistors. Les retards continus d’Intel de son nœud de 10 nm avant de finalement réussir à prendre en compte sa conception SuperFin me viennent à l’esprit comme un exemple. Le fait que même Intel, le plus grand fabricant de semi-conducteurs – et avec des poches d’investissement aussi importantes qu’il l’a fait – ait trébuché sur la voie d’un tel bouleversement du marché est suffisant pour montrer à quel point ces améliorations de fabrication sont essentielles au succès.