В тот момент, когда закон Мура все ощутимее упирается в фундаментальные физические ограничения, полупроводниковая индустрия обращает свой взор не вширь, а ввысь, осваивая третье измерение для наращивания производительности. Сегодня французский исследовательский институт CEA-Leti объявил о достижении, которое без преувеличения можно назвать историческим для всего мира микроэлектроники. На проходящей в эти дни конференции Electronic Components and Technology Conference 2026 ученые представили полностью функциональный тестовый образец, в котором применена технология гибридного соединения кристалл-на-пластину с ошеломляюще малым шагом контактов в один микрометр. За этой сухой инженерной формулировкой скрывается решение одной из самых острых проблем, сдерживающих развитие ускорителей искусственного интеллекта — критической нехватки плотности межсоединений и пропускной способности, от которых напрямую зависит, как быстро гигантские массивы данных будут перемещаться внутри чипа.
Когда инженеры вертикально наращивают слои кремния с помощью столь тонких соединений, они радикально сокращают длину сигнальных путей. Физика здесь проста и элегантна: чем короче путь электрона, тем выше скорость передачи данных и тем меньше энергии тратится впустую на преодоление сопротивления. Мелисса Наджем, научный сотрудник CEA-Leti и ведущий автор опубликованной работы, подчеркнула, что успешное электрическое тестирование структур, насчитывающих до ста тысяч соединений, подтверждает полную жизнеспособность этой технологии для межсоединений сверхвысокой плотности. Она также отметила, что сочетание сверхточного соединения кристаллов с технологиями заполнения межкристального пространства, сквозных отверстий в кремнии и оксиде прокладывает прямую дорогу к многослойной 3D-компоновке чипов. По имеющимся у института данным, медное соединение с шагом в один микрометр в формате «кристалл-на-пластину» является мировым первенством, и это открывает путь к созданию более компактных, мощных и энергоэффективных электронных систем.
Путь к этому триумфу, разумеется, не был усыпан лепестками роз. Главным вызовом для исследовательской группы стало достижение почти ювелирной точности совмещения элементов, что является краеугольным камнем всей методики переноса отдельных кристаллов. Кроме того, сам процесс реконструкции пластины, включающий заполнение промежутков между чипами, потребовал разработки сложного и оптимизированного процесса химико-механической планаризации, без которого невозможно было бы обеспечить совместимость с последующими вертикальными соединениями. Электрические измерения цепочечных структур показали превосходные результаты и высокий выход годных для диапазона шагов от пяти до двух микрометров. На отметке же в один микрометр выход ограничен точностью существующего сборочного оборудования, однако ученые смотрят в будущее с обоснованным оптимизмом, связывая свои надежды с новым поколением инструментов, способных обеспечить точность позиционирования в половину микрона.
Нынешняя демонстрация служит переходным доказательством концепции, закладывающим фундамент для тестового чипа второго поколения. В ближайших планах команды — интеграция технологии сверхплотного соединения кристаллов с вертикальными межсоединениями, включая высокоплотностные сквозные отверстия в кремнии и сквозные отверстия в оксиде. Как пояснил научный директор CEA-Leti Жан-Шарль Сурио, следующей амбициозной целью станет создание тестового образца с шагом уже в половину микрона, что позволит еще больше нарастить плотность соединений для передовых приложений искусственного интеллекта нового поколения. Этот вектор развития продиктован эскалирующими запросами разработчиков ИИ-ускорителей и производителей CMOS-сенсоров изображения, которые требуют все более изощренных архитектур.
В более широкой перспективе наработанные технологические блоки, связанные с заполнением зазоров и созданием вертикальных каналов связи, дадут возможность объединять на одной подложке кристаллы с совершенно разными функциями, соединяя их плотной сетью вертикальных контактов. Эрик Олье, директор программ умных сенсоров в IRT Nanoelec, подчеркивает, что эти технологии открывают дорогу к передовой реконструкции пластин и сложному многослойному стекированию для инновационных архитектур, а сочетание подходов «кристалл-на-пластину» и «пластина-на-пластину» позволит находить баланс между производительностью и стоимостью для цифровых устройств будущего. Стоит отметить, что команда CEA-Leti посвятила этой теме более пятнадцати лет упорных исследований, и данная работа, выполненная в рамках европейской пилотной линии FAMES и французской инициативы France 2030, стала достойным венцом этого марафона, приближая момент, когда трехмерные чипы окончательно превратятся из лабораторной экзотики в промышленный стандарт.
Об авторе
