Materialzulieferer am Scheideweg Das Skalierungsdilemma

Die Materialien spielen eine immer wichtigere Rolle in der Halbleiterindustrie.
Die Materialien spielen eine immer wichtigere Rolle in der Halbleiterindustrie.

Markt&Technik sprach mit Bertrand Loy, President und CEO von Entegris, unter anderem darüber, welche Rolle die Materiallieferanten bei den Weiterentwicklungen in der Halbleitertechnik spielen und welche Konsequenzen er daraus zieht.

Markt&Technik: Sie sind der Überzeugung, dass neue Materialien in der Halbleiterindustrie eine entscheidende Rolle spielen. Warum?

Bertrand Loy: Sie müssen sich einfach die Entwicklungen anschauen: Bereits seit Jahren nutzen die Halbleiterhersteller nicht nur kleinere Strukturen, sondern es werden auch neue Materialien eingeführt. Beispielsweise wird bereits seit 250-nm-Strukturen Kupfer genutzt, mit 65-nm-Prozessen kam Strained Silicon zum Einsatz, bei 28 nm kam High-K-Metal-Gate hinzu, und wenn wir von Strukturen unter 7 nm reden, dann wird über Ansätze mit Graphene, III-V-Materialien und Nanowires diskutiert. Das heißt die Zukunft der Halbleitertechnologie liegt ganz klar in den Materialien.

Die Skalierung der Prozessstrukturen hat die Halbleiterindustrie über viele Jahre hinweg getragen. Und auch wenn viel über ein Ende von Moore’s Law geredet wird, wird weiterhin noch viel Geld in die Verkleinerung der Prozessstrukturen gesteckt…

Aber bereits seit Jahren schwindet der Einfluss, den die physikalische Skalierung auf die Leistungsfähigkeit und die Energieeffizienz der Chips hat. Bei 65 nm basierten alle Verbesserungen in diesen beiden Punkte noch rein auf der physikalischen Skalierung. Beim 45-nm-Knoten waren die Vorteile zwar noch zum Großteil von der physikalischen Skalierung getrieben, aber auch das Design und neue Materialien trugen schon einen Teil zu den erreichten Verbesserungen bei. Bei 10 nm basieren die Zuwächse an Rechengeschwindigkeit und Energieeffizienz zu über 50 Prozent auf neuen Materialien, an zweiter Stelle folgt das Design. Die eigentliche physikalische Skalierung trägt nur noch einen ganz geringen Teil zu den Verbesserungen bei.

Was ist unter dem Begriff Material-Skalierung zu verstehen?

Nach meiner Definition geht es dabei um die Einführung neuer Materialien, die bessere elektrische Eigenschaften aufweisen und die auf dem Wafer mit einer höheren Reinheit aufgebracht werden. Das klingt zunächst natürlich erst mal hervorragend für ein Unternehmen wie Entegris, aber es ist wirklich sehr schwierig, diesen Vorgaben zu folgen.

Die Halbleiterindustrie war nie begeistert, wenn sie neue Materialien einführen musste. Hat sich daran etwas geändert? Wenn ja, ist das Leben für Entegris leichter geworden?

Lange Zeit hat die Halbleiterindustrie eine gemeinsame Technologie-Roadmap verfolgt, das ist heute nicht mehr so. Das heißt für einen Materiallieferanten wie uns, dass wir viel mehr Geld in Forschung und Entwicklung stecken müssen, und das auch noch zu einem viel früheren Zeitpunkt. Man schließt als Materialzulieferer heute viel mehr Wetten darauf ab, welche Moleküle Erfolg haben könnten. Früher haben wir uns mit unseren F&E-Investitionen auf ein paar Moleküle konzentriert. Heute geht es also nicht mehr um große Volumina und Commodity-basierende Materialien, sondern um hochgradig technisierte, sehr genaue Materialien.

Aber wie soll das funktionieren? Einerseits sind höhere R&D-Ausgaben notwendig, auf der anderen Seite sinkt die Anzahl Ihrer Kunden?

Ja, aber die Anzahl der Wafer-Starts geht weiter nach oben. Hinzu kommt, dass die Konsolidierung auf der Halbleiterseite ja nicht wirklich negativ für uns ist, weil dadurch einfach größere Kunden entstehend.

Reicht das zum Ausgleich der gestiegenen F&E-Ausgaben?

Wir müssen natürlich auch darauf achten, dass wir unsere gestiegenen R&D-Kosten dadurch kompensieren, dass wir neue Moleküle entwickeln, die die Leistungsfähigkeit der Halbleiter deutlich erhöhten, denn dann sind wir in der Lage, auch die Preise zu verlangen, die den R&D-Aufwand rechtfertigen. Aus unserer Sicht kann die sich öffnende Schere also durchaus funktionieren.

Nachdem Sie als Keynote-Speaker beim diesjährigen ITF 2017 dabei waren, stellt sich die Frage, inwieweit Entegris mit dem Forschungsinstitut Imec zusammenarbeitet?

Wir kooperieren natürlich mit dem Imec, allerdings noch viel enger mit unseren Kunden. Aus meiner Sicht ist es durchaus spannend, wie das Imecseine Rolle in der neuen Welt definiert. Ich denke, dass es immer schwieriger wird, eine Entwicklungsstufe zu finden, auf der die Halbleiterunternehmen noch nicht konkurrieren. Aus meiner Sicht wollen Halbleiterunternehmen ihr Wissen auf manchen Ebenen teilen, aber auf den meisten nicht.

Im europäischen Forschungsumfeld gibt es genau deshalb unterschiedliche Ansätze, die das Imec und Leti verfolgen…

In unserem eigenen Interesse ist es, möglichst viel der F&E-Anstrengungen zu teilen, weil wir damit das R&D-Risiko auf mehrere Schultern verteilen können. Deshalb sind die Ziele vom Imec und uns in dieser Hinsicht vollkommen identisch. Aber ich glaube, dass sich die Welt ändert: Früher gab es viele Unternehmen, die der gleichen Roadmap gefolgt sind. Heute gibt es nicht nur Unterschiede zwischen Logik und Speicher, sondern auch innerhalb der Speicher und Logik gibt es keine einheitliche Roadmap mehr. Und innerhalb der verschiedenen Segmente – sprich Logik und Speicher – wollen die wichtigen Player beispielsweise nicht mehr dasselbe Kanal-Material oder Dielektrikum nutzen.