Forschung: Samsungs Roadmap reicht nun bis zum 3-nm-Chip

Auf dem Samsung Foundry Forum hat das koreanische Unternehmen seine Roadmap für die Halbleiterfertigung dargelegt. Neben den bekannten Zwischenstufen ist auch erstmals ein 3-nm-Prozess mit von der Partie, dem eine entscheidende Neuheit zukommen soll.

Vor fast genau einem Jahr noch bei 4 nm geplant, wird nun erst der 3-nm-Prozess auf Gate all around setzen. Die Technik wird dabei voraussichtlich nicht verändert, denn was Samsung heute zum 3GAAE/GAAP (3nm Gate-All-Around Early/Plus) sagt, unterscheidet sich kaum von dem, was im letzten Jahr bei 4 nm erklärt wurde. Die Verwendung der neuen Technologie für Transistoren soll diese deutlich leistungsfähiger machen. Samsung nennt in dem Zusammenhang erneut MBCFET (Multi Bridge Channel FET); worin die Unterschiede liegen, werden die kommenden Jahre zeigen. Einen Zeitplan gibt es noch nicht, vor dem Jahr 2021 galt aber bereits im Mai 2017 als unwahrscheinlich.

Gleichzeitig fehlt bei Samsung nun ein Zwischenschritte bei 6 nm, zuvor war auch noch von einem 8-nm-Prozess die Rede.

Der größte Schritt ist mit 7LPP serienreif: EUV

Der nächste große Meilenstein bei Samsung ist 7LPP (Low Power Plus). Mit Qualcomm als Partner und Kunden werden damit die ersten SoCs und Modems für Smartphones Anfang 2019 ausgeliefert. 7LPP ist insofern ein Meilenstein, da erstmals EUV-Lithografie im Serieneinsatz genutzt wird. Statt hochaufwendigem Quad-Patterning mit unzähligen Schritten kann bei der EUV-Belichtung mit nur einer Maske jeder Layer eines Chips belichtet werden. Dies sparte nicht nur viel Zeit, sondern ist gleichzeitig deutlich weniger fehleranfällig. Gleichzeitig wird die 7LPP-Fertigung bei Samsung gegenüber der aktuell verfügbaren 10LPP-Generation 40 Prozent zusätzlichen Platz bieten. Zudem wird 35 Prozent weniger Strom bei 10 Prozent Leistungsgewinn verbraucht. Anfang 2019 sollen die ersten Chips verfügbar sein.

Für die Technik muss Samsung jedoch in Vorleistungen gehen. An EUV wurde jahrzehntelang geforscht, allein die Belichtungsmaschinen kosten pro Stück 120 Millionen Euro und mehr. Samsung hat aktuell rund ein Dutzend dieser Scanner im Einsatz, die nächste Aufrüstung steht aber bereits an: Für sechs Milliarden US-Dollar wird eine Fabrik erweitert, einzig und allein dem Zweck geschuldet, dort die EUV-Kapazitäten stark auszubauen.

5LPE und 4LPE/LPP sind Zwischenschritte

Als neue Zwischenschritte werden bei Samsung 5LPE und 4LPE/LPP fungieren. 5LPE wird die optimierte Version des 7-nm-Prozesses sein, mit den typischen Verbesserungen im Bereich der Leistungsaufnahme aber auch der Verkleinerung von Chips. Bei 4 nm sieht Samsung klassische FinFETs an ihrem Lebensende angelangt, plant diese aber noch in zwei Produktionsserien zu nutzen: Low Power Early und Low Power Plus. Eine noch einmal optimierte Fläche, eine bessere Leistungsaufnahme bei Nutzung bekannter Techniken soll zügig zu hohen Yields bei geringen Kosten beitragen.