Erste Test-Chips in 7-nm-Technologie

Im Rahmen einer Forschungsallianz von IBM Research mit Globalfoundries, Samsung und dem College of Nanoscale Science and Engineering der State University of New York gelang es Wissenschaftlern erstmals, Test-Chips mit funktionstüchtigen Transistoren in der 7-nm-Technologie herzustellen. Dieser Meilenstein könnte es ermöglichen, mehr als 20 Milliarden Transistoren auf einen Chip von der Größe eines Fingernagels zu verbauen.

Heutige Server, Cloud-Rechenzentren und Mobilgeräte werden von Pro­zessoren der 22-nm- und 14-nm-Technologie betrieben, und die 10-nm-Technologie befindet sich auf gutem Weg zu einer technologischen Um­setzung. Die Entwicklung einer funktionstüchtigen 7-nm-Technologie ist jedoch aufgrund grundlegender technologischer Limitationen eine bisher ungelöste Herausforderung. Mit den heutigen Herstellungsverfahren konnten solche kleinen Strukturgrößen mit den dabei erhofften Vorteilen der Miniaturisierung – höhere Rechenleistung, geringere Kosten und weniger Stromverbrauch – bisher nicht erzielt werden. Tatsächlich wurde vielfach in Frage gestellt, ob sich die Vorteile von so kleinen Chipstrukturen jemals realisieren lassen.

Forscher der von IBM Research geführten Allianz haben das nun jedoch eindrucksvoll demonstriert. Maßgeblich für den Erfolg waren mehrere neue, von der Allianz entwickelte Halbleiterverfahren und -technologien. Hervor­zuheben sind insbesondere drei Neuerungen, mit denen eine Steigerung von nahezu 50 Prozent in der Flächenskalierung im Vergleich zur gegenwärtig fortschrittlichsten 10-nm-Technologie erreicht wurde: Erstens die Einführung und Umsetzung von Silizium-Germanium im Transistorkanal, um die Transistorleistung in der 7-nm-Technologie zu verbessern. Zweitens Prozessinnovationen, um Transistoren mit weniger als 30 nm Abstand zu schichten. Und schließlich drittens die Integration von Extrem-Ultraviolett-Lithographie auf verschiedenen Ebenen der Chipfertigung. Diese Inno­vationen haben das Potenzial, das Stromverbrauch-Rechenleistung-Verhältnis der nächsten, auf dieser Technologie basierenden Systeme um mindestens 50 Prozent zu verbessern und so die Anforderungen zukünftiger Anwendungen effizienter zu erfüllen.

Die Arbeit wurde im Rahmen einer einzigartigen Public-Private-Partnership von IBM mit dem US-Bundestaat New York und einer Entwicklungsallianz mit Globalfoundries, Samsung und Technologieausrüstern durchgeführt und ist Teil von IBMs 2014 angekündigter und auf fünf Jahre angelegter, drei Milliarden US-Dollar großen Investition in die Chipforschung und -entwicklung.

IBM / RK