29.01.2007 | Redakteur: Ulrike Ostler
Bei IBM und Intel hat Silizium als Basismaterial für Chips schon bald ausgedient. Beiden Unternehmen ist offenbar die industrielle Fertigung von Transistoren mit anderen Materialien gelungen. Damit ist die Vorrausetzung für eine höhere Integrationsdichte und Arbeitsfrequenz bei niedrigerem Stromverbrauch geschaffen.
Es geht um die so genannte „high-k-metal-gate“-Technologie. Sie bringt ein neues Material als einen wichtigen Bestandteil des Transistors ein. Der Transistor ist der winzige Ein- und Aus-Schalter, der als Basisbaustein praktisch aller heutigen Mikrochips fungiert.
Das Material bietet überlegene elektrische Eigenschaften gegenüber Silizium und verbessert somit die Transistorleistung. Gleichzeitig lassen sich die Dimensionen des Transistors auf derzeit 45 Nanometer verkleinern.
Gordon Moore, Namensgeber des Moore‘schen Gesetzes, bewertet die Innovation als die größte seit 40 Jahren: „ Die Implementation von High-k- und Metal-Gate-Materialien kennzeichnet in der Tansistoren-Technik die größte Änderung seit der Einführung der Polysilizium Gate MOS Transitoren in den späten Sechzigern.“
1965 sah Gordon Moore, einer der Gründer von Intel voraus, dass sich die Anzahl der Transistoren auf einem Chip alle zwölf bis 18 Monate verdoppeln wird. Damit geht eine Erhöhung der Chip-Leistung und -Funktionen einher. Denn die Prozessorleistung, gemessen in MIPS (Millionen Befehle pro Sekunde), steigt aufgrund der höheren Anzahl von Transistoren.
Zugleich steht das Moore‘sche Gesetz auch für sinkende Kosten. Während die Leistung der auf Silizium basierenden Komponenten und Plattformbestandteile wächst, sinken die Kosten für ihre Herstellung exponentiell und sie lassen sich vielfältiger, leistungsfähiger und nahtloser in das tägliche Leben integrieren.
Der Einsatz des neuen Materials soll es der Chipindustrie ermöglichen, weiter diesem Axiom zu folgen. Die Halbleiterhersteller waren bisher in der Lage, das Tempo im Entwicklungsfortschritt über Jahrzehnte hinweg beizubehalten. Doch mittlerweile werden die Grenzen gegenwärtiger Technologie erreicht. Insofern ist die jetzige Entwicklung eine bedeutende für die gesamte Industrie.
Intel plant, die die neuen Materialien und Fertigungsverfahren in der zweiten Hälfte dieses Jahres in einem neuen Halbleiterprozess zu verwenden. Welche Metal-Gate- und High-k-Materialien zum Einsatz kommen, lässt der Hersteller jedoch offen. Immerhin gebe es Hunderte an Möglichkeiten für die Metal-Gate-Elektroden und High-K-Dielektika.
Jedenfalls will Intel gleichzeitig High-k-Dielektrika und Metal Gates in seine Fertigung aufnehmen und auf 45-Nanometer-Geometrien umsteigen. Bis Mitte 2008 sollen schon drei Intel-Produktionsstätten – in Oregon, Arizona und Israel – die neuen Prozessoren fertigen. Die Transistoren werden Bestandteil der Chip-Familie “Penryn”, Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Quad and Xeon – für Server, Workstations, Desktops und mobile Devices.
Nach Unternehmensangaben verspreche die neue Chip-Generation verglichen mit heutiger 65 Nanometer-Technologie zunächst folgende Vorteile:
Wie stark sich die Vorteile in der Gesamtleistung der Chips bemerkbar machen werden, ist jedoch noch unklar.
Das gilt ebenfalls für die Entwicklung von IBM. Zusammen mit seinen Entwicklungspartnern AMD und Toshiba ist es dem Unternehmen ebenfalls gelungen, einen Transistor mit High-k und Metal Gate zu bauen.
Auch hier sein ebenfalls enorm wichtig, dass die Technologie in vorhandene Chipherstellungslinien integriert werden kann, um so nur minimale Änderungen bei den gegenwärtigen Produktionsanlagen und -prozessen vornehmen zu müssen.
IBM hat die neue Technologie in seine aktuelle Halbleiterfertigungsstätte in East Fishkill, New York, eingeführt und beabsichtigt, sie bei der Herstellung von Chips der 45-Nanometer-Generation ab 2008 einzusetzen.
Weiter Details möchte der Hersteller derzeit nicht bekannt geben. Denn Basisarbeiten, die zum Entwicklungsdurchbruch geführt haben, seien bereits von IBM in wissenschaftlichen Magazinen veröffentlicht und auf Chip-Technologiekonferenzen präsentiert worden. Zudem plane IBM, die Zusammenfassung der Ergebnisse demnächst an einer Fachkonferenz zu veröffentlichen.
Auch das Halbleiter-Forschungskonsortium Sematech, dem neben IBM, Intel und AMD fast alle großen Chiphersteller angehören, meldet, bald schon High-k- und Metal-Gate-Transitortechnik verwenden zu können. Damit dürfte diese auch den deutschen Chip-Fertigern Infineon und Qimonda zu Verfügung stehen.
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