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Trendreport für Halbleiter

3-D-Integration wird Strukturminiaturisierung nach Moore bis 2021 ablösen

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Neue Technologien und Materialien auf dem Vormarsch

Im Vergleich: vom klassischen 2-D-Modell zur gesteigerten Integration in SoCs bis hin zu 3-D-Stacking mit kürzeren Interconnects bei zeitgleich verkleinerter Strukturgröße.
Im Vergleich: vom klassischen 2-D-Modell zur gesteigerten Integration in SoCs bis hin zu 3-D-Stacking mit kürzeren Interconnects bei zeitgleich verkleinerter Strukturgröße.
(Bild: SIA)

Erste Schritte zu Umstiegen auf neue Fertigungsmethoden sind bereits unternommen. Vor allem Speicherhersteller, etwa Toshiba mit seinem 3-D-NAND-Stacking, betreiben bereits erste Technologien für 3-D-Integration für ihre Fertigungsprozesse. Zwischen 2021 und 2024, sagt der ITRS, werden auch erste Prozessoren mit Hilfe von 3-D-Techniken gefertigt werden. „Hersteller von Speicherbausteinen waren seit jeher führend in der Produktion von Halbleitern mit dichtester Toleranz und kleinsten Abmessungen,“ heißt es in dem SIA-Bericht. „Sie waren die wahren Triebkräfte hinter dem Moore'schen Gesetz und werden es auch in Zukunft bleiben.“

Innerhalb der nächsten sechs Jahre werden zudem laut Bericht immer mehr Hersteller andere Materialien als Silizium in ihre Bausteine integrieren. Silizium-Germanium-Legierungen oder andere Beispiele von III-V-Halbleitern unter Verwendung von Materialien aus den Gruppen III und V des Periodensystems (wie etwa Galliumarsenid GaAs), die aktuell überwiegend in Leistungshalbleitern zum Einsatz kommen, werden demnach ab 2021 eher zur Norm werden. Erste Schritte sind hierfür auch bereits in der Prozessorfertigung getan: So präsentierte IBM im vergangenen Jahr einen ersten Testchip mit 7-nm-Strukturgröße auf Silizium-Germanium-Basis.

Ein weiterer Trend, der sich aus den vergangenen Jahren ableiten lässt, ist, dass eine Verbesserung der Leistung eines Chips zunehmend stärker von Energieeffizienz abhängig sein wird als von einer gesteigerten Taktrate. Das hängt zum einen auch stark von den Anforderungen des Marktes ab, insbesondere mit dem gesteigerten Aufkommen des Internet of Things (IoT). Zum anderen liegt dies aber auch an den Einschränkungen aktuell geläufiger Materialien, die ab einem gewissen Punkt an eine Leistungssteigerungsgrenze hinsichtlich ihrer Taktrate stoßen, dem sogenannten Threshold.

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Über den Autor

 Sebastian Gerstl

Sebastian Gerstl

Redakteur, ELEKTRONIKPRAXIS