Halbleiterhersteller entdecken die vierte Dimension

Der unpräzise Begriff "feature size" wurde ursprünglich von dem Begriff "DRAM half pitch" abgeleitet und später von der "International Technologies Rodmap for Semiconductors"-Organisation (ITRS) definiert.

Die feature size ist der halbe Abstand, heute im Nanometerbereich (nm), zwischen den DRAM-Speicherzellen oder den Leiterbahnen bzw. zwischen den Kontaktlöchern.

Marketingspielplätze

Bei der regelmäßigen Struktur von DRAM-Speicherzellen kann dieses Maß sehr gut definiert werden. Inzwischen ist eine feature size auch jedes Einzelelement auf einem integrierten Schaltkreis (IC).

Zur besseren Kennzeichnung werden auch die Bezeichnungen "technology node" oder "process node" verwendet. Ursprünglich wurde die process technology (feature) als die Länge des Silizium-Kanals zwischen "source" und "drain" in einem FET (Feldeffekttransistor) festgelegt.

Andere features wurden relativ dazu definiert. Beispielsweise ist die Breite des "gate" in einem 90-nm-Prozess etwa 50 nm groß.

Der Abstand zwischen zwei Punkten ist die Hälfte

Ein weiterer Begriff "half node" wird ebenfalls oft als feature size interpretiert. Mit half node wurde ursprünglich die Verkleinerung der Elemente auf dem Chip um die Hälfte, also der half node, um den Faktor 1/Wurzel2 (0,7) oder um 30 Prozent ohne Neuentwicklung, bezeichnet.

Bei einer echten Verkleinerung müssen aus technischen Gründen meist einige Teile der Struktur neu- oder umentwickelt werden.

Durchschnittliche "feature sizes" in den Jahren:

Jahr: Nanometer (nm) *geschätzt

• 1957: 120.000

• 1963: 30.000

• 1976: 3.000

• 1989: 1.000

• 1999: 180

• 2012*: 22

• 2014*: 16

• 2016*: 10

• 2020*: 5

In den Werbetexten der Hersteller werden andere (niedrigere = bessere) Werte angegeben, weil die Definition der feature size unterschiedlich angesetzt wird. Offiziell wird der "technology node" von der ITRS definiert, ohne festen Bezug zur "gate"-Länge.

Wer hat die kleinste "feature size"

Der Wert des Technologieknotens ist keine starre Größe. Er bestimmt nicht unbedingt die kleinste mit der Fotolithografie herstellbare Struktur. Die "gate"-Länge ist üblicherweise kleiner als der Wert der feature size.

Die Definition ist also sehr vage, deshalb sind die Werte nicht nur zwischen den Herstellern und Produktionsstätten (Foundries), sondern auch zwischen den Produkten eines Herstellers, unterschiedlich.

Spätestens mit der Einführung von Multigate-Feldeffekttransistoren ('multiple gate field-effect transistor' = MuGFET), wie Tri-Gate-FETs und FinFETs sind solche Werte nicht mehr besonders relevant. Beispielsweise verwendet Intel vermutlich bei seiner 22-nm-Technik eine 'gate'-Länge von 90 nm, also einen 'half pitch' von 45 nm.

Die Größenbezeichnung "lambda" als Prozessgröße ("process size") oder Knoten ("node") macht dieses Thema noch verwirrender. Ein "lambda" entspricht der Kantenlänge des kleinsten Elements - ähnlich einem Pixel auf dem Bildschirm - das mit einer Maske hergestellt werden kann.

Weil die Hersteller ihre Angaben nicht genau definieren, versuchen Analysten beispielsweise mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) in die Chips hineinzuschauen um diese Werte zu ermitteln. TEMs gibt es mit Auflösungen bis zu 0,05 nm.

Häufig werden die Strukturgrössen auch mit den letzten Buchstaben des Alfabets definiert:

• 1X oder 1Xnm = 19 nm bis 18 nm seit etwa 2012

• 1Y oder 1Ynm = 15 nm bis 14 nm ab etwa 2013

• 1Z oder 1Znm = 14 nm bis 10 nm ab etwa 2014

Die Größenangaben in Nanometer (nm) sind nur eine grobe Einteilung.