Suchen

Erste funktionstüchtige 7-nm-Transistoren 20 Milliarden Transistoren auf einem Fingernagel

| Autor / Redakteur: Walter Schadhauser / Rainer Graefen

Wer den Miniaturisierungsprozess in der Halbleitertechnik vorantreibt und beherrscht, ist entschieden im Vorteil beim Erobern neuer Marktpositionen. IBM hat nun mit einer Forschungsallianz gezeigt, dass 7 Nanometer Transistoren machbar sind. Wearables wie auch Produkte für das Internet der Dinge würden von diesem Fortschritt immens profitieren.

Die 10-nm-Technologie befindet sich auf gutem Weg zur technischen Umsetzung. Die Entwicklung einer funktionstüchtigen 7-nm-Technik hat noch einige ungelöste Herausforderungen zu bewältigen.
Die 10-nm-Technologie befindet sich auf gutem Weg zur technischen Umsetzung. Die Entwicklung einer funktionstüchtigen 7-nm-Technik hat noch einige ungelöste Herausforderungen zu bewältigen.
(Applied Materials)

Noch arbeiten sich viele Halbleiterhersteller daran ab, die Produktionsprozesse auf 14 Nanometer (nm) umzustellen. Intel und Samsung haben den Schritt schon vollzogen, andere könnten an den steigenden Kosten scheitern.

Es ist auf keinen Fall einfach. Intel selbst ist, wenn man eine ältere Roadmap anschaut, auch schon zwei Jahre hinter seinen ursprünglichen Planungen zurück. Im Jahr 2013 wollte man 14 nm Prozesse produktiv haben, 2015 sollte 10 nm folgen und 2017 wollte Intel dann bei 7 nm angelangt sein.

Belichtungstechnik entscheidend

Aus heutiger Sicht ein Termin, der nicht zu halten ist. Etwa 5 Jahre Forschungsarbeit sind notwendig, um eine neue Prozesstechnik auf den Weg zu bringen. Und der Einsatz der Extrem-Ultraviolett-Lithografie (EUV) den Intel lange Zeit umgehen konnte, ist bei Größenordnungen im Bereich von 10 nm unvermeidbar.

Nun stellt Konkurrent IBM zusammen mit Samsung und der polytechnischen Universität von New York die ersten Testmuster der 7-nm-Generation vor. Gleichzeitig arbeitet man bei IBM an der 10-nm-Technik, die sich "auf gutem Weg zu einer technischen Umsetzung" befindet.

Die Entwicklung einer funktionstüchtigen 7-nm-Technik ist jedoch aufgrund grundlegender technischer Limitationen eine zentrale und bisher ungelöste Herausforderung. Mit den heutigen Herstellungsverfahren konnten solche kleinen Strukturgrößen mit den dabei erhofften Vorteilen der Miniaturisierung – höhere Rechenleistung, geringere Kosten und weniger Stromverbrauch – bisher nicht erzielt werden.

Tatsächlich wurde vielfach in Frage gestellt, ob die Vorteile von so kleinen Chipstrukturen jemals realisiert werden können. Wissenschaftler der von IBM Research geführten Allianz haben dies nun eindrucksvoll demonstriert. Maßgeblich für diesen Forschungserfolg waren mehrere neue, von der Allianz entwickelte Halbleiterverfahren und -techniken.

Hervorzuheben sind insbesondere drei Neuerungen, mit denen u. a. eine Steigerung von nahezu 50 Prozent in der Flächenskalierung im Vergleich zur gegenwärtig fortschrittlichsten 10-nm-Technologie erreicht wurde:

  • Die Einführung und Umsetzung von Silizium-Germanium im Transistorkanal, um die Transistorleistung in der 7-nm-Technologie zu verbessern;
  • Prozessinnovationen, um Transistoren mit weniger als 30 nm Abstand zu schichten;
  • Die Integration von Extrem-Ultraviolett-Lithographie (EUV) auf verschiedenen Ebenen der Chipfertigung.

Diese Innovationen haben das Potenzial, das Stromverbrauch-Rechenleistung-Verhältnis der nächsten auf dieser Technologie basierenden Systeme um mindestens 50 Prozent zu verbessern und so die Anforderungen zukünftiger Big Data, Cloud und mobiler Anwendungen effizienter zu erfüllen.

(ID:43500729)