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Wafer mit 7-nm-FinFET-Testchips
Wafer mit 7-nm-FinFET-Testchips (Bild: IBM)

Globalfoundries: Das Erbe des Athlon füllt die Dresdner Chipfabrik

Wafer mit 7-nm-FinFET-Testchips
Wafer mit 7-nm-FinFET-Testchips (Bild: IBM)

Mit zwei getrennten Roadmaps will Globalfoundries alte und neue Kunden samt Chipdesigns gewinnen. In München haben sich hochrangige Vertreter, darunter zwei Ex-AMD'ler, mit Golem.de getroffen, um das ehrgeizige Vorhaben zu erklären.

"Dresden läuft sehr gut mit beiden Prozessen", sagt Gerd Teepe mit einem zufriedenen Lächeln. Der Doktor der Ingenieurswissenschaften muss es wissen. Seit 2004 arbeitet er in der Dresdner Chipfabrik, die AMD als Fab 30 Ende der 90er Jahre bauen ließ. Inzwischen ist das Werk als Fab 1 Eigentum von Globalfoundries, seit AMD seine Fertigungsabteilung 2008 verkaufte.

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Die Nummerierung der Chipfabriken erfolgt in der Halbleiterbranche nach dem Jahr seit der Unternehmensgründung - und da Globalfoundries zum Start noch als 'The Foundry Company' Dresden als ersten in voller Produktion befindlichen Standort übernahm, ist dies die Fab 1. Wie sich die Arbeit dort anfühlt, ist einem früheren Rundgang von Golem.de durch die Reinräume zu entnehmen.

FinFET und FDX

Viele frühere Mitarbeiter von AMD sind immer noch bei Globalfoundries tätig, so auch Teepe. Er bezieht sich mit den zwei Prozessen auf die parallele 7-nm-Fertigung mit FinFETs, also Transistoren mit hochkant gestelltem Gate, und die mit abgereichertem Silizium, was bei Globalfoundries 12FDX genannt wird. Beide Verfahren will das Unternehmen dauerhaft seinen Kunden anbieten.

Da die Bauformen der Transistoren und auch die Wafer als Ausgangsmaterial sich deutlich unterscheiden, erinnert das an die Zeiten des Athlon-Prozessors Anfang der 2000er Jahre. Er wurde mit Kupferverbindungen zwischen den Schichten des Chips hergestellt, was von der Fertigung mit herkömmlichen Alu-Interconnects in Dresden streng getrennt werden musste. Kupfer kann auch als mikroskopisches Staubkorn einen Wafer so verunreinigen, dass die mehrere Tausend Euro teuren Siliziumscheiben unbrauchbar werden.

So eine strikte Separierung ist in Dresden inzwischen nicht mehr nötig. Gerd Teepe erklärt: "Das läuft automatisch. Wir hängen an die Vehicles nicht nur die Liste der Wafer, sondern auch das Rezept dafür an." Gemeint sind die luftdichten Boxen, die wie in einer Schwebebahn durch die Fab 1 sausen, um die Wafer zum nächsten Bearbeitungsschritt zu bringen. Dieser erfolgt in den teils Hunderttausende Euro teuren Maschinen, die bei Chipherstellern schlicht Tools genannt werden.

Die Chipfertigung ist eine hochkomplexe Angelegenheit

Sie sind die teuersten Immobilien dieser Unternehmen, und das ist wörtlich zu nehmen: Verlässt ein solches Tool die Reinräume einmal, kann es meist gleich entsorgt werden. Nur selten lohnt die aufwendige Reinigung. Also gilt es, die einmal gekauften Maschinen so lange wie möglich zu nutzen. Bei Belichtern, die auf eine bestimmte Strukturgröße optimiert sind, klappt das nicht immer, aber die Herstellung eines Chips besteht aus vielen weiteren Schritten wie dem Ätzen, Polieren, Reinigen und Beschichten mit Schutzschichten - und hier sind die Tools oft wiederverwendbar. Insbesondere bei einigen der Belichtern, kurz Litho, und dem Anbringen der Interconnects kann die Fab 1 Teepe zufolge beide Verfahren bedienen.

Geplant sind bei der vollständigen Implementierung des FDX-Prozesses eine Million Wafer pro Jahr aus Dresden. Schon jetzt, unter Einbeziehung der FinFET-Produktion, könnte die Fabrik Vertriebschef Karl Lange zufolge zwei Drittel dieses Volumens erreichen. Langfristig sollen aus Dresden beide Chiparten kommen, die hohe Umsätze versprechen: Die FinFETs für große Dies, die in Servern, Netzwerk-Komponenten für die Provider und Grafikchips stecken, und FDX für mobile Geräte, das Internet der Dinge (IoT) und Bausteine in Autos. Während Globalfoundries bei den großen Dies, unter anderem durch die Erfahrungen mit AMD, gut aufgestellt ist, muss man sich bei den kleinen, sparsamen Chips noch beweisen.

Erste Tape-Outs liegen vor

"Wir haben schon Silizium, das wir messen können", sagt Gerd Teepe. Die Erforschung des FDX-Prozesses ist ihm zufolge ein halbes Jahr vor dem Zeitplan. Nicht nur einfache Strukturen wie SDRAMs, sondern auch Logikbausteine - wenn auch nicht für den Verkauf - werden in Dresden bereits hergestellt. Im Jahr 2017 soll die Serienfertigung aufgenommen werden, und zwar in Strukturbreiten von 22 Nanometern. Anders als bei den FinFETs ist damit auch die Integration von analogen Teilen, Mixed Signal Processing, möglich. Ein Smartphone-SoC mit integriertem Mobilfunkmodem und WLAN sollte sich so auch in Dresden herstellen lassen.

Bei den FinFETs will Globalfoundries die nach 14 Nanometern eigentlich fälligen 10 Nanometer überspringen, und bis 2018 gleich zu 7 Nanometern wechseln. Das klingt mehr als ambitioniert, hat bei den sparsamen Chips, die in allerlei mobilen Geräten landen, Karl Lange zufolge aber einen einfachen Grund: "Die Produktzyklen bei den Kunden werden immer länger". Sich jedes Jahr auf einen anderen Fertigungsprozess einzustellen ergibt dem Vertriebschef zufolge inzwischen keinen Sinn mehr. In der Tat basieren die Mobilchips inzwischen immer öfter auch zwei Jahre lang auf der selben Strukturbreite, auch wenn es architekturelle Verbesserungen und damit mehr Leistung gibt.

Einen generellen Überblick, wie Chips mit FinFET-Strukturen gefertigt werden, gibt ein etwas älteres Video von Intel.


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maxule 04. Okt 2016

Wenn Du das schon so genau weißt, hättest Du als Fachmann aber noch sagen können, ob der...

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