AMD Dresden: “An den Grenzen der Physik”
“Wo liegen die Grenzen der Skalierung?” lautet eine im Kontext der Halbleiterfertigung immer wieder gestellte Frage. Dr. Karsten Wieczorek, AMD Principal Member of Technical Staff, über die aktuellen Herausforderungen in der Chipproduktion.
Aus diesem Grund betreibt AMD seine beiden Fabs im sogenannten Mixed-Mode-Betrieb, das heißt Fertigung sowie Forschung und Entwicklung werden parallel unterstützt. Hierdurch können die schnelle Entwicklung von Prozessoptimierungen im Fertigungsumfeld und eine reibungslose Überführung in die Massenproduktion gelingen.
Von Mikro zu Nano
AMD-Mikroprozessoren enthalten heute etwa 500 Millionen Transistoren. Diese elektrischen Schalter bestimmen ganz wesentlich Performance und Leistungsaufnahme von Prozessoren. Mit charakteristischen Längen von 30nm bis 40nm, der sogenannten Gate-Länge, stellen sie die kleinsten im industriellen Maßstab gefertigten Strukturen dar. Die hierfür benötigte Präzision beträgt zirka 2nm. Zum Größenvergleich: Zwei Nanometer innerhalb der Strukturen auf einem 300-mm-Wafer entspricht einer Genauigkeit von etwa zwei Meter Länge beim Abstand der Erde zum Mond.
Dies erfordert einen mit keiner anderen Industrie vergleichbaren Aufwand in Bezug auf die Prozess- und Qualitätskontrolle. Zum Größenvergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von rund 60.000nm, das heißt etwa 1500 – 2000 Transistorgates passen nebeneinander auf den Durchmesser eines Haares, oder etwa 200 auf den Durchmesser einer einzelnen roten Blutzelle. Die dünnsten Schichten innerhalb des Transistors betragen mit nur noch 1,3nm etwa ein Drittel der Breite der DNA-Doppelhelix oder etwa fünf Siliziumatom-Lagen.
Der Natur nachempfunden: Immersionslithographie
Diese Größenordnungen stellen höchste Ansprüche an die Abbildungsqualität bei der optischen Strukturübertragung, der sogenannten Lithographie. Ähnlich wie bei der Diaprojektion werden die geometrischen Strukturen der Prozessoren mittels Photolithographie auf den Wafer übertragen. Das Dia entspricht einer Photomaske, die die Bildinformation trägt. Als Projektor dient ein Scanner, der die Maske mit Laserlicht durchstrahlt. Eine lichtempfindliche Lackschicht (entsprechend der Leinwand) überträgt die Bildinformation auf den Wafer.
