Halbleiterfertigung 27. Feb 2021 Von Werner Schulz

Abwärtsspirale bei den Strukturen auf Chips

In regelmäßigen Abständen verkleinern sich die Transistorstrukturen auf Mikrochips. Der aktuelle Technologiemeilenstein ist das 7-nm-Design. Doch die nächstkleineren Strukturen sind bereits dabei sich zu etablieren.

Je kleiner die Transistorstruktur, umso mehr Rechenleistung passt auf dieselbe Chipgröße. Die Schrumpfung der Halbleiter klingt einfach, benötigt aber teils aufwendige, neue Verfahren und dreidimensionale Schaltgeometrien.
Foto: PantherMedia / HayDmitriy

Die Transistorstrukturen der Halbleiterchips wurden den letzten in 50 Jahren exponentiell geschrumpft, wodurch auf die selbe Fläche Silizium immer mehr Transistoren passen: 1971 waren 10-µm-Strukturen. Stand der Dinge; vor drei Jahren präsentierte der taiwanesische Auftragsfertiger TSMC erste 7-nm-Designs, also um mehr als eine Tausenderpotenz kleiner. 2019 zog der koreanische Hersteller Samsung nach.

Noch heute sind 7 nm das gängige Maß. Eine Ausnahme bildet der US-Hersteller Intel: Dieser kämpft mit Verzögerungen seiner 7-nm-Fertigung bis Mitte 2021 durch ein notwendig gewordenes Redesign der Fertigung. Infolgedessen könnte es sein, dass der historische Marktführer einen Teil seiner Produktion an TSMC auslagern wird. Auch Intels überarbeitete 10-nm-Fertigung läuft, wie Brancheninsider wissen wollen, nicht mit den erwartbaren Ausbeuten. Unterdessen haben sich TSMC und Samsung 2020 bereits mit ersten kommerziell verfügbaren 5-nm-Chips als starke technologische Vorreiter und Stützen der Branche profiliert. Laut TSMC wurde bereits über 1 Mrd. 7-nm-FinFet-Chips ausgeliefert. Die Anstrengungen spiegeln sich in den enormen Ausgaben für Forschung und Entwicklung wider: im Jahr 2020 annähernd 3 Mrd. $.

Auch bei 5 nm ist die Foundry TSMC vorn

Auch bei den 5-nm-Chips, also der nächsten Generation auf der International Roadmap for Devices and Systems (IRDS), ist TSMC vorn. Größter Abnehmer von TSMCs bereits lieferbaren 5-nm-Chips ist neben den Prozessorherstellern AMD und Qualcomm auch Apple für die iPhones und andere Gadgets. Wie Brancheninsider meinen, hat das US-Unternehmen sogar 80 % …

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