Halbleiterfertigung

50 Jahre mit Moore’s Law

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Flache Scheiben, dreidimensionale Chips

Auch wenn ein fertiger Wafer völlig flach aussieht, besteht er aus bis zu 50 vertikalen Schichten. Um etwa einen der heute üblichen Tri-Gate Transistoren aufzubauen, wird eine weitere Schutzschicht auf die Stellen aufgebracht, die die Transistoren enthalten sollen. Nicht abgedeckte Stellen werden entfernt, übrig bleibt die „Finne“ eines Tri-Gate-Transistors.

Weitere lithografische Schritte folgen, bei denen jeweils Bereiche abgedeckt werden, die im nächsten Produktionsschritt unverändert bleiben sollen. Dazu wird in einer Sauerstoff-Brennröhre Siliziumdioxid an nicht maskierten Stellen erzeugt, um ein temporäres Gate zu erschaffen oder polykristallines Silizium als Isolator aufgebracht.

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Intel nutzt bei der Prozessorherstellung das „Gate Last“-Verfahren, um das temporär mit polykristallinem Silizium erzeugte Gate in einem weiteren Produktionsschritt zu entfernen. Erst im Anschluss steht die Erstellung eines finalen Gates mittels eines High-k Dielektrikums.

Durch die Kombination des High-k Dielektrikums und einer Metallelektrode erreicht Intel eine erheblich bessere Leistung und geringere Leckströme als bei einem Gate auf traditionellem Siliziumdioxid/polykristallinem Silizium.

Zur Finalisierung des Transistors verbinden ihn die Chip-Ingenieure mit den anderen Transistoren. Dazu ätzt man drei Löcher in den Transistor, die die Anschlüsse repräsentieren.

Der Wafer wird dann in ein Bad aus Kupfersulfat gelegt und Kupferionen mittels Elektroplating flächig auf dem Wafer aufgebracht. Nachdem die flächige Kupferschicht vom Wafer wegpoliert wurde, bleiben die mit Kupferionen gefüllten Löcher im Transistor zurück.

Diese Löcher verbinden sich durch einige weitere leitfähige Schichten mit den anderen Elementen auf dem späteren Prozessor. Die Verbindung mit der Außenwelt übernehmen Lötpunkte auf dem Chip.

Finalisierung: Tests und Packaging

Im nächsten Schritt überprüft ein elektronischer Funktionstest Teilbereiche des Chips und stellt sicher, dass die spätere CPU ihre Aufgaben fehlerfrei erfüllt und keine defekten Produkte weiterverarbeitet werden. Danach wird der Wafer zersägt und die einwandfrei funktionierenden Chips gelangen in das endgültige Gehäuse.

Aktuelle High-End Prozessoren von Intel lassen sich mit einem Plattform Controller Hub (PCH) kombinieren, der verschiedene Zusatzfunktionen wie die Ansteuerung von On-Board Grafikkarten und die Takterzeugung übernimmt. Nach weiteren Tests der kompletten CPU erfolgt die Kombination von Chips mit ähnlichen Leistungsdaten zu einer Charge und die Auslieferung zum Kunden.

Ein Ende des Moore’schen Gesetzes ist nicht in Sicht. Heute laufen die lithografischen Prozesse bei Strukturgrößen von 14 nm ab, entwickelt Intel gar mit 10 nm-Technik.

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