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TSMC drei Jahre hinter Intel

20-nm-Prozess aber ohne FinFETs

20. April 2012, 11:35 Uhr | Frank Riemenschneider

Auf dem jährlichen Technology-Symposium der Foundry TSMC im kalifornischen San Jose erklärte Technik-Chef Shang-Yi Chiang, dass man nur mit einem Fertigungsprozess in 20-nm-Geometrie plane. FinFETs, wie sie Intel ab diesem Jahr bereits verwendet, sollen erst ab 2015 Einzug halten.

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Erst einmal die aktuellen Probleme: spätestens seit dem letzten Quartalsbericht von Qualcomm wurde offensichtlich, dass TSMC derzeit mit der 28-nm-Ferrtigung nicht mehr ganz hinterherkommt. Unter den offensichtlichen Probleme leiden vor allen Dingen die Großkunden Qualcomm und Nvidia. Quclcomms CEO Dr. Paul Jacobs hatte erst kürzlich erklärt, dass man mehr Geld für zusätzliche 28-nm-Kapazitäten in die Hand nehmen will. Medienberichten zufolge hat Jacobs gesagt, dass Fertigungspartner TSMC einfach nicht genügend Maschinen für die 28-nm-Qualcomm-Chips zur Verfügung habe.

TSMC-CEO Chang erklärte nun auf dem Symposium, dass “die größten Probleme hinter uns liegen”.Konkret will TSMC für den Ausbau der Fertigung 2012 7 Mrd. Dollar in die Hand nehmen.

Derweil erklärte Technik-Guru Dr. Chiang, dass TSMC nach dem 20-nm-Prozess vermutlich einen 18- oder 16-nm-Prozess anbieten werde, da bis heute keine Lithographie zur Verfügung steht, welche eine kosteneffiziente Massenfertigung in 14 nm erlaubt.

Ursprünglich plante TSMC zwei 20-nm-Prozesse, einen High-Performance- und einen Low-Power-Prozess, beide unter Verwendung der High-K/Metal-Gate-Technologie. Laut Chiang habe man aber nach einigen Entwicklungsstufen festgestellt, dass die Performance-Unterschiede zwischen beiden Prozessen nicht signifikant seien, da bei einer 20-nm-Geometrie gewisse physikalische Grenzen erreicht werden. Es besteht daher wenig Spielraum für Design-Veränderungen wie z.B. die Spezifikation von unterschiedlichen Gate-Längen.

In der 28-nm-Geometrie bietet TSMC derzeit sogar vier unterschiedliche Prozesse an: Einen High-Performance, einen Low-Power, einen weiteren Low-Power mit High-K/Metal-Gate-Technolgie und einen speziell für Mobilgeräte angepassten zweiten High-Performance-Prozess. Während TSMC schon 2013 mit dem 20-nm-Prozess in Massenproduktion gehen will, wird der Einsatz von FinFET-Transistoren erst mit der 14-nm-Fertigung im Jahr 2015 starten. Intel liefert bereits 2012 im 22-nm-Prozess Prozessoren und FPGAs (für das Startup Achronix) mit FinFETs aus, so dass hier ein Vorsprung von 3 Jahren besteht, wenn TSMC seinen Zeitplan einhalten kann.

Die große Herausforderung für die gesamte Chipindustrie ist nachwievor die EUV-Lithografie, deren kommerzieller Einsatz ja schon mehrere Male verschoeben werden musste. Bis heute gibt es keine Strahlungsquelle, die einen wirtschaftlich vertretbaren Wafer-Durchsatz ermöglicht. Der Tool-Hersteller ASML will Ende 2012 erste Tools vorstellen, die eine Massenfertigung in 2013 oder spätestens 2014 ermöglichen sollen. Ob diese Erwartungen allerdings erfüllt werden, ist bis heute offen.

Stattdessen gibt es laut Chiang große Fortschritte bei der 193-nm-Imemrsions-Lithografie, welche dazu führen könnten, dass diese selbst bei 14-nm-Chips noch eingesetzt werden könnte. Stand heute wäre jedoch für einige Schichten sogar Triple-Pattering erforderlich und für noch mehr Schichten das schon heute eingesetzte Double-Patterning, was für eine Massenfertigung wohl zu teuer ware.

Laut Chiang denkt TSMC “sehr sorgfältig” über das Angebot eines 18- und 16-nm-Prozesses nach. Wenn man sich dafür entscheiden würde, müsse man ihn den Kunden ja immerhin 10 Jahre zur Verfügung stellen können.