英特尔片上去耦电容器技术突破：AI芯片供电瓶颈的MIM材料解决方案

在2025年IEEE国际电子器件大会（IEDM 2025）上，英特尔代工发布了一项针对AI与高性能计算芯片的关键技术创新——下一代嵌入式片上去耦电容器技术。该技术旨在解决晶体管持续微缩背景下日益严峻的芯片供电瓶颈，为实现更稳定、高效的电源传输提供了新的路径。

电容材料创新：三种新型MIM结构

研究的核心在于电容材料的创新。英特尔代工的研发团队重点展示了三种适用于深沟槽结构的新型金属-绝缘体-金属（MIM）电容器材料：

• 铁电铪锆氧化物（HfZrO）： 利用铁电材料特有的自发极化特性，在纳米尺度下实现了更高的介电常数。
• 二氧化钛（TiO₂）： 具备优异的介电性能与出色的热稳定性。
• 钛酸锶（SrTiO₃）： 作为一种钙钛矿结构材料，其在深沟槽中表现出了卓越的电容密度。

这些新材料可通过原子层沉积（ALD）工艺，在深沟槽内实现均匀、可控的薄膜生长。这不仅显著改善了界面质量，也大幅提升了器件的整体可靠性。

突破性性能指标：实现跨代际飞跃

此次展示的技术在关键性能指标上实现了显著提升，具体数据如下：

• 电容密度： 达到了60至98 fF/μm²，相比当前主流的先进技术有大幅度增长。
• 漏电性能： 漏电水平比行业既定目标降低了1000倍，有助于极大降低芯片的静态功耗。
• 可靠性： 在实现高密度和低漏电的同时，并未牺牲电容漂移、击穿电压等关键可靠性指标。

为AI芯片设计带来的系统级优势

这一技术突破将为未来复杂的系统架构与AI芯片设计带来多重利好：

1. 电源完整性提升： 能更有效地抑制电源噪声和电压波动，为芯片核心提供更纯净、稳定的电能。
2. 热管理协同优化： 低漏电特性减少了不必要的功耗发热，结合材料本身的热稳定性，为高功率AI芯片创造了更优的工作环境。
3. 芯片面积优化： 在有限的芯片面积内集成更高的去耦电容密度，可以为更多的计算单元或功能模块腾出宝贵空间，助力芯片集成度的进一步提升。

展望未来，此类稳定、低漏电的MIM电容密度增强技术，在下一代先进CMOS工艺中拥有广泛的应用潜力。英特尔代工将继续推进相关领域的创新，为AI时代的高性能计算芯片提供关键的电源管理解决方案。