10-nm-Chips: Cobalt als neuer Werkstoff bei Intels Fertigung

Volker Rißka 56 Kommentare
10-nm-Chips: Cobalt als neuer Werkstoff bei Intels Fertigung
Bild: IEDM2017

Intels 10-nm-Fertigung ist massiv spät dran, doch könnte sie am Ende weitere Vorteile bieten: Cobalt als Werkstoff nutzt in dem Umfang kein anderer. Cobalt, bereits vor Jahren als ein Material mit viel Zukunftspotential erkannt, soll neben positiven Eigenschaften Intels Fertigung in 10 nm zum Alleinstellungsmerkmal verhelfen.

Applied Materials als ein Zulieferer für nahezu alle Halbleiterfirmen beschrieb vor gut drei Jahren Cobalt bereits als „the biggest material change to interconnects in 15 years“, doch war die Umsetzung bisher zu zeitraubend, teuer und auch gar nicht vonnöten. Selbst jetzt scheint sie hochgegriffen und dazu auf den ersten Blick eventuell sogar zu viel des Guten. Erwidert Globalfoundries doch auf die Vorstellung von Intel zwecks dem Einsatz von Cobalt, dass im klassischen und seit vielen Jahren genutzten Verfahren mit High-k Metal Gate und der Verwendung von Kupfer „noch sehr viel Potential stecke“, schreibt EE Times. Hinzu kommt auch noch, dass Globalfoundries selbst bei der eigenen 7-nm-Fertigung noch auf double-patterning setze, Intel wird bei 10 nm schon teilweise zum quad-patterning greifen (müssen).

Cobalt im Einsatz
Cobalt im Einsatz (Bild: Applied Materials)

Doch Intel will bereits mit 10 nm zeigen, warum es sich als bisher führender Hersteller der Halbleiterindustrie sieht und vermarktet. Das Nanometer-Rennen auf dem Papier geht derzeit zwar verloren, doch stecken hinter den Begriffen wie 10LP und 12LPP nur Marketing-Floskeln, die dahinter liegende Technik beschreibt sie schon seit Jahren nicht mehr. Intels 14-nm-Fertigung gehört deshalb auch heute noch zu den besten, weshalb die anstehende 10-nm-Fertigung auch auf eine Stufe mit den 7-nm-Produkten der Mitbewerber gestellt wird. Einige Neuheiten dafür hat Intel bereits im Frühjahr präsentiert, doch ein zusätzliches Detail hob sich der Hersteller fast bis zum Schluss auf.

Neben dem Single Dummy Gate, self-aligned quadruple patterning (SAQP) und Contact over Active Gate (CoAG), der ebenfalls drei zusätzliche Produktionsschritte benötigt, ist es nun die Verwendung von Cobalt als Interconnect in einigen Lagen der unteren Metallschichten anstatt der Nutzung von Kupfer, die sich als echtes großes Unterscheidungsmerkmal herausstellen könnte. Sie soll einen massiven Einfluss auf die Elektromigration haben (fünf- bis zehnfach so hoch), gleichzeitig soll der Widerstand bei der Durchkontaktierung zwischen den Lagen um den Faktor zwei abnehmen. Dies soll die Haltbarkeit massiv erhöhen, Applied Micro sprach bereits vor drei Jahren von mindestens dem Faktor zehn, heute sind je nach Umstand sogar der Faktor 100 oder als sogenannter Capping Layer bis zu 1.000-fach im Gespräch. Laut Industrie-Analysten wird bei Intel Cobalt direkt in mehreren Gebieten zum Einsatz kommen, was die Geschichte weiter verkompliziert.

Mit zu vielen Neuheiten übernommen?

Doch alle Neuheiten auf ein Mal zu nutzen scheint für Intel zu viel geworden zu sein. 2012 erklärte der Chipriese, er wisse wie 10-nm-Chips aussehen müssen und stellte für 2015+ erste Produkte in Aussicht. Doch 10-nm-Chips gibt es auch Ende 2017 nicht von Intel, nach der großen Verzögerung von 14 nm ist dies der nächste große Rückschlag. Gerüchte besagen, dass Intel bereits 10-nm-Chips liefern könnte, die Ausbeute aber noch zu schlecht sei – die vielen Neuheiten auf einmal haben ihren Preis. Erst wenn die Yield-Rate höher steigt, werden Produkte folgen, weshalb der Hersteller bereits im Juni Ice-Lake-Prozessoren als zweite Generation in der 10-nm-Fertigung bewarb. Die erste Generation dürfte mit Cannon Lake ein sehr kurzes Leben ohne große Aufmerksamkeit haben.