Halbleiterfertigung

In Dresden entsteht derzeit eines der modernsten Halbleiterwerke Deutschlands: Die RB300 ist Boschs Fertigungsstätte für 300-mm-Wafer, dort werden Automotive-ASICs mit 130-nm-Technik hergestellt. Wir haben Reinraum und Subfab des 1-Milliarde-Euro-Projekts besichtigt.
Ein Bericht von Marc Sauter

Nachdem Globalfoundries vor wenigen Wochen gegen TSMC vor Gericht gezogen ist, wechseln beide die Rollen: Nun verklagt TSMC weltweit Globalfoundries wegen Patentverletzungen. Es geht um Prozesse von 40 nm bis 12 nm, darunter wegen Lithografie-Methoden und Finfet-Design.

Zwei chinesische Hersteller haben die Fertigung von DRAM- und Flash-Speicher als Serienproduktion mit respektabler Stückzahl aufgenommen. Das ist wichtig für Smartphones, denn bisher stammen der LPDDR4- und NAND-Speicher vornehmlich aus den USA oder Südkorea.

Weder ist das Nanometer-Rennen vorbei noch Moore's Law tot: Mit extrem ultravioletter Belichtung entsteht die nächste Generation von CPUs, GPUs und weiteren Chips. Von 5G-Smartphones bis zu Cloud-Servern wäre das ohne deutsche Laser und Spiegel und niederländische Systeme nicht möglich.
Ein Bericht von Marc Sauter

Bis 2025 will China über zwei Drittel der verwendeten Prozessoren selbst fertigen: Die größte landeseigene Foundry, SMIC, ist mittlerweile in der Lage, auch Chips im modernen 14-nm-Finfet-Verfahren herzustellen.

Was bisher getrennt entwickelt wurde, soll bald zusammengehören: Intel stapelt künftig mehrere Chips per Foveros-Technik übereinander und verbindet diese dann auf einem gemeinsamen Träger durch EMIBs.

Offenbar sind Intels Probleme bei der 14-nm-Halbleiterfertigung größer als erwartet: Nächstes Jahr soll Samsung die Rocket-Lake-Chips herstellen, damit Intel selbst mehr Kapazität für andere Designs hat. Schon im April 2019 hatte GPU-Chef Raja Koduri die 14-nm-Fab in Giheung besucht.

Es wäre der größte Schritt der vergangenen Jahre: Das 3GAE genannte 3-nm-Fertigungsverfahren von Samsung Foundry soll viel kleinere Chips bei deutlich höherer Geschwindigkeit und vor allem drastisch reduzierter Leistungsaufnahme erzielen. Ein Test-Tape-Out existiert.

Offene Worte nach mehrjähriger Verschiebung: Intel hat Fehler bei der 10-nm-Entwicklung benannt und Ice Lake für Ultrabooks für Juni 2019 angekündigt. Bereits 2021 soll ein Xe-Grafikchip für Datacenter mit 7-nm-Technik und extrem ultravioletter Belichtung (EUV) folgen.
Ein Bericht von Marc Sauter

Bei Arbeits- und Flash-Speicher ist Samsung bereits der größte Halbleiterfertiger weltweit, bis 2030 wollen die Südkoreaner das auch bei Logik-Chips wie Prozessoren sein. Bisher führt TSMC in diesem Segment.

Das ehemalige IBM-Werk im US-Bundesstaat New York erhält einen neuen Besitzer: Globalfoundries veräußert die Fab 10 an On Semiconductor. Die erhalten damit Zugriff auf die 300-mm-Wafer-Produktion.

Das 7-nm-Verfahren ist für TSMC zugleich Fluch und Segen: Zwar generiert der Prozess viel Umsatz, dafür hat sich der 10-nm-Node als kurzlebig erwiesen. Der Gewinn des Auftragsfertigers ist drastisch gesunken.

Mit dem N6 genannten Prozess bietet TSMC eine verbesserte 7-nm-EUV-Fertigung an. Weil die Design-Regeln identisch sind, profitieren Kunden von Optimierungen wie der deutlich höheren Transistordichte.

Nachdem TSMC schon die Risk Production von Chips im 5-nm-Verfahren gestartet hat, vermeldet Samsung, dass Kunden den eigenen 5-nm-Prozess nutzen können. Um für genügend Kapazitäten zu sorgen, wird eine weitere Linie im Werk im südkoreanischen Hwaseong gebaut.

Der niederländische Hersteller von Belichtungssystemen für Mikrochips bestätigte einen Technologiediebstahl. Laut ASML hätten sich eigene Mitarbeiter durch den Verkauf von Software bereichern wollen.

Wer früh dabei sein will, für den bietet TSMC die Vorserienfertigung von Chips im 5-nm-Verfahren mit extrem-ultravioletter Belichtung (EUV) an. Das passende Werk, die Fab 18, hat sehr viele Milliarden US-Dollar gekostet.

Weil Intel weiterhin Kapazitätsprobleme mit seinen 14-nm-Chips hat, werden nach den Celeron und Pentium auch die Core i3/i5 rar. Selbst große Partner wie Apple, Dell oder HP müssen auf Prozessoren warten.

Zum vierten Mal in Folge soll sich Apple für die TSMC als Auftragsfertiger für einen iPhone-Chip entschieden haben: Das wohl A13 genannte SoC entsteht im N7+ genannten Node der Foundry. Für wie viele Layer die extrem ultra-violette Strahlung (EUV) genutzt wird, bleibt offen.

Mehr Kapazität für kommende Nodes: Intel wird in Hillsboro im US-Bundesstaat Oregon die vorhandene Fab D1X erweitern. So werden rund 2.000 Arbeitsplätze geschaffen und 10 nm sowie 7 nm angekurbelt.

Im Jahr 2018 konnte der Belichtungsmaschinenausrüster ASML mehr Umsatz generieren als jemals zuvor. Für das laufende Jahr erwarten die Niederländer ebenfalls gute Zahlen, da viel mehr EUV-Scanner verkauft werden sollen. Kunden sind vor allem Intel, Samsung und die TSMC.

AMD liefert Prototypen von 7-Nanometer-Chips und Intel kann noch nicht einmal 10-nm-Produkte in großen Stückzahlen herstellen. Selten war die Halbleiterbranche so gespalten, was die Wichtigkeit von kleineren Strukturbreiten betrifft. Und das ist ziemlich gut so.
Eine Analyse von Nico Ernst

Nachdem Intel bereits einige Mainboard-Chipsätze beim weltgrößten Auftragsfertiger TSMC herstellen lässt, sollen nun auch Atom-Prozessoren ausgelagert worden sein. Hintergrund ist die 14-nm-Knappheit, da Intel mit 10 nm Probleme hat.

Die USA haben ein Embargo gegen die Fujian Jinhua Integrated Circuit Company erlassen. Das vom chinesischen Staat unterstützte Unternehmen baut ein riesiges Werk zur DRAM-Herstellung und soll das nötige geistige Eigentum von ehemaligen Micron-Mitarbeitern erhalten haben.

Um die anhaltende Nachfrage nach 14-nm-Chips befriedigen zu können, rüstet Intel einige Fertigungsstraßen von 10 nm wieder auf 14 nm um. Dennoch bekräftigte der Hersteller, zum Weihnachtsgeschäft 2019 eine 10-nm-Generation alias Ice Lake veröffentlichen zu wollen.

Abseits eines einzelnen Prozessors aus der Cannon-Lake-Serie hat Intel bisher keine 10-nm-Chips vorzuweisen. Das soll auch so bleiben: Angeblich hat der Hersteller die erfolglose Fertigung komplett eingestellt und wechselt direkt auf 7 nm samt extrem ultravioletter Strahlung.

In Südkorea wurde die Serienfertigung mit 7-nm-Technik und extrem ultra-violetter Strahlung gestartet. Samsungs 7LPP soll deutlich kleinere sowie schnellere und sparsamere Chips ermöglichen, ein Partner ist Qualcomm. Passende Hardware liefert der niederländische Ausrüster ASML.

Der weltweit größte Auftragsfertiger hat die ersten Masken für einen Chip mit 7 nm und EUV erhalten. Allerdings nutzt die TSMC die extrem ultraviolette Strahlung nur für ein paar Layer, alle anderen werden mit herkömmlicher Lithografie hergestellt. Pläne für 5 nm gibt es ebenfalls.

Weil große Kunden wie AMD fehlen, hat der Auftragsfertiger Globalfoundries alle Arbeiten am 7-nm-FinFet-Node eingestellt. Stattdessen konzentriert sich der Hersteller auf 14 nm und auf SOI-basierte Prozesse wie 12FDX. AMD fertigt daher künftig bei der TSMC.

Der niederländische Chipmaschinen-Ausrüster ASML hat seine NXE:3400B-Systeme verbessert. Die Serienfertigung mit extrem ultravioletter Strahlung rückt näher. Das ist wichtig, um Kosten und Zeit zu sparen.

Der südkoreanische Fertiger wird in den kommenden Jahren die physikalischen Grenzen ausreizen: Mit 7LPP soll extrem ultraviolette Strahlung für Smartphone-Chips zum Standard werden, bei 3 nm plant Samsung erstmals, spezielle Transistoren zu implementieren.

2018 wird Intel die fünfte Chipgeneration auf Basis des 14-nm-Verfahrens veröffentlichen. Das wird seit 2014 genutzt, da Intel nach all den Jahren den 10-nm-Prozess immer noch nicht im Griff hat. Zwar seien die Fehler bekannt, es bleibt aber unklar, ob die Lösungsansätze klappen.
Ein Bericht von Marc Sauter

Der taiwanische Auftragsfertiger TSMC wird im Sommer 2018 mit der Produktion der ersten 7-nm-Chips beginnen. Dazu sollen Apples A12 gehören, eine neue Vega-GPU von AMD, ein Grafikprozessor von Nvidia und Hardware von Qualcomm.

Im südkoreanischen Hwaseong werden künftig Chips mit 7LPP-Verfahren und extrem ultravioletter Strahlung (EUV) gefertigt. Die Erweiterung der Fab 3 lässt sich Samsung mehrere Milliarden US-Dollar kosten, erste Kunden wie Qualcomm gibt es bereits.

Kommende Snapdragon-Chips mit 5G-Unterstützung wird Qualcomm bei Samsung im 7-nm-Low-Power-Plus-Verfahren (7LPP) mit extrem ultravioletter Belichtung (EUV) herstellen lassen. Konkurrent TSMC scheint damit außen vor.

Für 10 nm und 7 nm setzt Intel auf Kobalt statt Wolfram oder Kupfer für die Interconnects in Prozessoren, was die Elektromigration verringern soll. In Israel wird zudem die Fab 28 bei Kiryat Gat für 4,5 Milliarden US-Dollar aufgerüstet.
Von Marc Sauter

Erst in einigen Monaten wird bei Intel die Serienproduktion von Prozessoren mit 10-nm-Technik anlaufen. Bisher ist die Chipausbeute gering, Intel liefert nur wenige CPUs an Partner. Die Ice Lake genannte Generation dürfte 2019 erscheinen.

Der nächste Snapdragon-Chip für Smartphones und Notebooks soll von TSMC gefertigt werden statt von Samsung. Den übernächsten Snapdragon aber dürfte Qualcomm wieder bei den Südkoreanern bestellen, denn dort wird es dann ultraviolett.

Egal ob Notebook oder Smartphone: Die Hersteller werben gerne mit modernen Fertigungsprozessen von Intel, Globalfoundries, Samsung oder TSMC für die verbauten Chips. Ein genauerer Blick zeigt aber, dass 10 nm nicht gleich 10 nm sind und dass 11 nm und 16 nm recht weit auseinander liegen können.
Von Marc Sauter

Kommende Ryzen-CPUs und Vega-GPUs von AMD werden mit Globalfoundries' 12LP-Verfahren hergestellt. Anders als der Name es vermuten lässt, handelt es sich dabei um verbesserte 14-nm-Technik statt um einen echten Zwischenschritt zum 7-nm-Prozess.

Mit dem 11 nm Low Power Plus genannten Verfahren bietet Samsung ab 2018 einen verbesserten Herstellungsprozess an. Er ist für Smartphone-Chips gedacht und hat mehr mit 10 nm denn mit 14 nm zu tun.

Bis zu 125 Wafer pro Stunde: ASML hat mit einer Twinscan-Maschine eine Strahlungsleistung von 250 Watt erreicht. Das ist wichtig für die extrem ultraviolette Belichtung, die beim 7-nm-Verfahren von Chipfertigern eingesetzt wird.

LP steht für Leading Performance: Globalfoundries hat angekündigt, dass sein neues 7LP-Herstellungsverfahren ab dem ersten Halbjahr 2018 als Risk Production bereitsteht; die Serienfertigung folgt im zweiten Halbjahr. Einer der Hauptkunden ist AMD.

Alles wie geplant, dennoch spät: Intels Cannon Lake und Ice Lake genannte CPU-Familien sind "on track". Während bei Ersterer die 10-nm-Fertigung anläuft, sei bei Letzterer das Design abgeschlossen. Intel pocht daher auf seinen Technologievorsprung.

IDF 2016 Zwei 14- und drei 10-nm-Prozesse: Intels Fertigungsverfahren entwickeln sich langsamer, dafür konnten wichtige Kunden für das eigene Foundry-Programm gewonnen werden. Durch die Partnerschaft mit ARM wird Intel zur Samsung- und TSMC-Konkurrenz.