Noch geringe Chip-Ausbeute

Intel stampft seine 10-nm-Fertigung (nicht) ein

| Redakteur: Michael Eckstein

Geht doch: Den neuen High-End-Desktop-Prozessor Core i9-9900K fertigt Intel im 10-nm-Prozess.
Geht doch: Den neuen High-End-Desktop-Prozessor Core i9-9900K fertigt Intel im 10-nm-Prozess. (Bild: Intel Corporation)

Großer Wirbel um winzige Strukturen: Intel hat Spekulationen widersprochen, dass es seine 10-nm-Fertigungstechnik aufgibt. Wie das Unternehmen seinen bereits bestehenden Rückstand auf Samsung und TSMC in Punkto EUV-Fertigung wettmachen will, bleibt indes unklar.

In einem Tweet äußerte sich der ehemals größte Chipproduzent deutlich: "Media reports published today that Intel is ending work on the 10nm process are untrue. We are making good progress on 10nm. Yields are improving consistent with the timeline we shared during our last earnings report." Demnach macht Intel sogar gute Fortschritte und kann seinen mit den letzten Quartalsergebnissen veröffentlichten Zeitplan einhalten. Der stellt die Massenproduktion von Prozessoren mit 10-nm-Knoten zum Weihnachtsgeschäft in Aussicht – allerdings erst im nächsten Jahr.

Angesichts aktueller Entwicklungen bei der Konkurrenz stellt sich die Frage, ob sich ein Festhalten an der Technologie rechnet. Bislang kann Intel nur wenige Modelle in homöopathischen Dosen, dafür aber zu satten Preisen, liefern. So kostet der neue Core i9-9900k immerhin rund 700 Euro – über doppelt so viel wie der Rivale Ryzen 7 2700X von AMD. Intels ursprünglicher Fahrplan sah vor, 10-nm-Chips bereits 2017 auszuliefern. Seitdem kämpft das Unternehmen mit dem Vorhaben, mithilfe herkömmlicher Immersionslithografie derart kleine Strukturen auf den Silizium-Wafern zuverlässig zu produzieren.

Das scheint komplizierter zu sein, als gedacht. Wohl nicht ganz unbedacht hatte Intel daher kurzerhand 2018 als Jahr der 14++-nm-Fertigung ausgerufen. Nach den Prozessorserien Broadwell, Skylake, Kaby Lake, Kaby Lake Refresh und Whiskey Lake plant der ehemalige Prozessorprimus mit Comet Lake für Ultrabooks eine weitere 14++-nm-Generation.

Konkurrenz übt sich bereits in 7-nm-Fertigungsverfahren mit EUV

Die Konkurrenz schwenkt hingegen gerade im großen Stil auf neue Fertigungsverfahren mit extrem ultraviolettem Licht (EUV) um. Samsung fährt ebenso wie TSMC aktuell 7-nm-Linien hoch, die bereits einige Substrat-Layer mit der EUV-Technik belichten. EUV arbeitet mit einer Wellenlänge von nur 13,5 nm. Zum Vergleich: Herkömmliche Immersionslithografie verwendet 193 nm. Die Wellenlänge ist also mehr als 20-mal größer als die zu belichtenden Strukturen auf dem Substrat. Entsprechend aufwendig sind sowohl die erforderlichen Maskensätze als auch das teure Multipatterning der klassischen Immersionslithographie. Die EUV-Technik soll ohne dieses fehleranfällige Verfahren auskommen und so den Produktionsprozess deutlich vereinfachen.

Wenn Intel also Ende 2019 tatsächlich 10-nm-Chips liefert, fertigt die Konkurrenz voraussichtlich bereits 7-nm-Halbleiter mit der zukunftsweisenden EUV-Technik. Zudem hat TSMC schon angekündigt, den nächsten Schritt zu gehen: Im April 2019 will das Unternehmen eine Risk Production für erste 5-nm-Chips starten. Parallel investiert das Unternehmen kräftig in seine zukünftige 3-nm-Fab.

Samsung plant Chips mit 3-nm-Knoten

Auch Samsung hat seine Roadmap erweitert und will bis 2023 Chips mit 3-nm-Knoten auf den Markt bringen. Geplant sind die Prozesse 3GAAE (3 nm Gate All Around Early) und das optimierte 3GAAP (3 nm Gate All Around Plus). Entgegen bisher üblichen FinFet-Transistoren umschließt die Gate-Elektrode den leitenden Kanal (Channel) wie ein Ring. Dadurch lassen sich mehrere horizontal übereinander liegende Kanäle zwischen Drain und Source schichten. Samsung bezeichnet die Technik auch als MBCFET (Multi Bridge Channel Fet), andere Firmen als Nanosheet- oder Nanowire-Fets. 3GAAE und 3GAAP-Transistoren sollen signifikant schnellere Schaltzeiten ermöglichen. Aktuell baut Samsung seinen Produktionsstandort Hwaseong für mehrere Milliarden Dollar aus.

Vom Technologietreiber zum Getriebenen

Für Intel ist die Situation nicht einfach: Hält es zu lange an bewährter Technik fest, droht das Unternehmen technologisch ins Hintertreffen zu gelangen. EE Times zitiert Mehdi Hosseini, Analyst von Marktforscher Susquehanna, bereits mit den Worten: "Intel hat effektiv seine Marktführerschaft in der Chipproduktion eingebüßt." Auch Mark Li, Ingenieur und Analyst von Bernstein, sieht nicht, dass Intel die EUV-Technik in absehbarer Zeit einführt. Das ist bitter, schließlich zählte Intel in den späten 1990er Jahren zu den ersten Unternehmen, die den Einsatz der EUV-Technik für die Chipproduktion erforschten.

Nach Ansicht von Experten ist EUV jedoch Voraussetzung dafür, Transistoren weiter signifikant zu verkleinern und sich den physikalischen Grenzen weiter anzunähern. Hinzu kommt: Auch wenn die EUV-Belichtungsanlagen sehr teuer sind, soll sich die Technik auf lange Sicht rechnen, da weniger Masken zum Herstellen von Halbleiterchips nötig sind. Andererseits müsste Intel viel Geld in die Hand nehmen, um den Anschluss an Samsung und TSMC gerade in Sachen EUV wiederherzustellen.

Möglicherweise wartet das Unternehmen auch nur ab und steigt zu einem späteren Zeitpunkt in die EUV-Fertigung ein - sobald mögliche Startschwierigkeiten überwunden sind und klar ist, an welchen Stellschrauben gedreht werden muss, um eine zuverlässige Produktion aufzubauen. Dann könnte der Hersteller auch von den Erfahrungen profitieren, die er beim Aufbau seiner 10-nm-Fertigung gemacht hat.

* Diesen Beitrag haben wir von unserem Partnerportal Elektronikpraxis übernommen.

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