Eigene Schutzschicht und GAA-Transistoren

Ein wichtiger Punkt bei Nodes wie N3 und N5 ist die Yield-Rate, da die extrem ultraviolette Belichtung (EUV) besondere Herausforderungen mit sich bringt. Zwar lässt sich bisher die äußerst aufwendige Mehrfachbestrahlung, etwa via Quad-Patterning, vermeiden - dafür sind die notwendigen Masken noch empfindlicher als bei DUV.

Um diese zu schützen und somit defekte Chips zu vermeiden, werden die Fotomasken mit einer speziellen Membran versehen, dem Pellikel. Zwar lässt sich EUV auch ohne nutzen, jedoch mit signifikant höherem Aufwand und steigender Fehlerrate. Weil TSMC laut eigener Aussage die Hälfte aller weltweit von ASML ausgelieferten EUV-Stepper installiert hat, war für die beste Ausbeute ein selbst entwickeltes Pellikel von höchster Bedeutung.

Und genau das hat TSMC geschafft: Während ASML die eigene Membran via Mitsui Chemicals gerade erst ausliefert, gibt TSMC an, mit steigender Pellikelverfügbarkeit die EUV-Maskenhaltbarkeit bis 2021 fast auf DUV-Niveau bringen zu wollen. Ob Intel oder Samsung Foundry für die EUV-Fertigung ebenfalls eine entsprechende Schutzfolie entworfen haben oder zumindest daran arbeiten, ist uns nicht bekannt.

Gate All Around auch bei TSMC

Auch für die Generationen nach N3 hat TSMC schon Ideen: Statt an FinFets arbeitet der Auftragsfertiger an GAA-Fets (Gate All Around) auf Basis von Nanosheets, entsprechender SRAM wurde 2021 gezeigt und Samsung Foundry plant diese Technik beim 3GAE-Node einzusetzen. Auch Transistoren aus kristallinen 2D-Materialien und Kohlenstoffnanoröhren stehen bei TSMC auf dem Plan, diese werden als Alternative zu Silizium-basierten Chips erforscht.

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TSMC forscht an Nanosheets für GAA-Fets. (Bild: TSMC)

Neben der eigentlichen Halbleiterfertigung legt TSMC den Fokus immer stärker auf Packaging-Technik, um die steigende Nachfrage für Chiplet-Designs zu bedienen; zusammengefasst werden diese als 3D Fabric. Auch hier hat TSMC diverse Eigenentwicklungen parat, die wichtig für kommenden Chip-Designs sind. Zudem gilt es neue Werke für die Produktion ebendieser zu errichten.