Samsung fertigt 7-Nanometer-Chips mit EUV-Belichtern

Im südkoreanischen Hwaseong hat Samsung in seiner neuen Chipfabrik "S3" die ersten Chips mit Strukturbreiten von 7 Nanometern hergestellt. Das Unternehmen nennt den Node 7LPP, das Kürzel steht für "Low Power Plus". Demzufolge sollen zuerst auch besonders sparsame Chips wie Smartphone-SoCs und 5G-Modems für künftige Geräte dort gefertigt werden. Außer eigenen Bausteinen (Exynos) hatte sich Samsung mit Qualcomm auch einen wichtigen Auftraggeber für das Werk ins Boot geholt.

Früheren Angaben zufolge will Samsung in das Werk insgesamt 6 Milliarden US-Dollar investieren. Die Aufnahme der Produktion war bisher erst für 2019 geplant, bis 2020 sollen die gesamten Bauarbeiten abgeschlossen sein. Neben der jetzt in Betrieb genommenen 7-nm-Fertigungsstraße soll es dann noch eine zweite geben. Samsung ist zuversichtlich, aus der jetzigen Technik auch die Produktion von 3-Nanometer-Produkten ableiten zu können.

Extreme Ultraviolet

Um die geringe Strukturbreite zu erreichen arbeitete die neue Chipfabrik mit EUV-Lithographie, welche die Wafer mit besonders kurzwelliger Strahlung belichtet. Diese Technik wird von der gesamten Halbleiterbranche seit der Jahrtausendwende entwickelt, ist jedoch so aufwendig und teuer, dass sie bisher kaum in Großserie genutzt wurde.

Bei den bisher feinsten Fertigungsprozessoren arbeiten die Hersteller mit Immersionslithografie und Argonfluorid-(ArF-)Lasern, die Licht mit einer Wellenlänge von 193 nm abstrahlen. Um damit kleinere Strukturen belichten zu können, nutzt man Tricks wie eben Immersion der Wafer in Flüssigkeit sowie Beugungseffekte und Mehrfachbelichtung (Multi-Patterning).

Unter anderem müssen EUV-Belichter hermetisch abgeschirmt werden, da die in den Röntgenbereich reichende EUV-Strahlung schädlich für Menschen sein kann. Samsung arbeitet in Hwaseong mit einer Wellenlänge von 13,5 Nanometern für die Belichter. Die Geräte stammen vom niederländischen Hersteller ASML. Sie sollen dank 250-Watt-Lichtquelle mittlerweile rund 125 Wafer pro Stunde schaffen.

Nicht nur kleinere Strukturbreiten lassen sich mit EUV erreichen, die Produktion wird auch vereinfacht. Samsung zufolge reicht eine einzige Maske, um eine Schicht eines Wafers zu belichten, bei Immersionslithographie sollen es dem Unternehmen zufolge bis zu vier sein. Die Masken, die im Laufe der Produktion verschleißen und ausgetauscht werden müssen, sind in den letzten Jahren zu einem immer größeren Kostenfaktor bei der Chipproduktion geworden.

Strukturverkleinerung

Wie stets bei einer Verkleinerung der Strukturbreiten erfolgt der Schritt um mehr Chips auf gleicher Fläche herstellen zu können. Der Vergleich der Verfahren von unterschiedlichen Unternehmen nur anhand der angegebenen Nanometer ist dabei schon länger nicht mehr sinnvoll.

So soll Intels schleppend anlaufender 10-Nanometer-Prozess eine mit anderen 7-Nanometer-Verfahren vergleichbare Dichte erzielen. Samsung gibt wohl auch deshalb einen Vergleich zu seiner eigenen 10-Nanometer-Technik der ersten Generation an. Gegenüber dieser soll 7LPP die Dichte um 40 Prozent erhöhen und 50 Prozent geringeren Strombedarf ermöglichen.

Die "Performance", so Samsung wörtlich, soll sich um 20 Prozent erhöhen, womit wohl die Schaltgeschwindigkeit der Transistoren gemeint ist. Vergleichsdaten zum bereits genutzten 10LPP-Prozess gab Samsung bisher nicht an. (nie)