Halbleiter-Technologie 23.03.2012, 11:59 Uhr

450-mm-Wafer sollen Chip-Produktion effektiver machen

Halbleiterscheiben mit 450 mm Durchmesser, die sogenannten Wafer, sollen künftig die Chipproduktion effektiver machen. Doch bis dahin sind Milliardeninvestitionen bei den Herstellern von Fertigungsequipment erforderlich – auch in Europa.

Für die künftige Chipproduktion sind große Investitionen notwendig.

Für die künftige Chipproduktion sind große Investitionen notwendig.

Foto: BASF

Wenn es einen Hotspot der europäischen Halbleiter-Infrastruktur gibt, dann liegt er derzeit irgendwo auf der Achse Velden (Holland) – Leuven (Belgien). Also zwischen dem mittlerweile weltgrößten Hersteller für Lithografiesysteme zur Waferbelichtung von Siliziumchips, ASML, und dem ebenfalls mächtig aufstrebenden, durch Industriepartnerschaften getragenen Nanoelektronik-Forschungszentrum Imec.

Zusammen mit den bereits gut etablierten Fertigungsstandorten Grenoble, Dublin und Dresden könnte daraus bald ein europäischer Hightechcluster werden, der sich neben ähnlich gelagerten Strukturen in Korea, Taiwan, Japan, China und den USA gut sehen lassen kann.

450-mm-Wafer & Co.: Chip-Industrie steht vor teuren Technologieübergängen

Denn die Chipindustrie steht vor extrem kostspieligen Technologieübergängen: auf dreidimensionale Transistorstrukturen, die sogenannten FinFETs, auf die EUV-Lithografie mit extremem UV-Licht und nicht zuletzt auf die großen 450-mm-Wafer bei gleichzeitig extrem schrumpfenden Strukturgeometrien von derzeit 22 nm auf 7 nm.

Eine Situation, die weltweite, produktionsnahe F&E-Kooperationen geradezu erzwingt. Positiv weiterhin, dass sich in dieser schwierigen Situation endlich auch eine übergreifende Strategie für Forschung, Entwicklung und Fertigung von Schlüsseltechnologien („Key Enabling Technologies“) unter dem Dach der EU-Initiative Horizon 2020 abzuzeichnen beginnt. Sie soll ab 2014 die bisherigen Rahmenprogramme ersetzen.

Einer der stärksten Befürworter der EU-weiten Chipkooperation, nicht zuletzt für die 450-mm-Wafertechnologie, ist Luc Van den hove, seit 1984 beim Imec und seit 2009 dessen CEO. „Es ist sinnvoll, eine präkompetitive Plattform zu entwickeln, damit alle Wettbewerber Zugriff auf generische Fähigkeiten haben.“

Fast einen halben Meter durchmessende Siliziumwafer für Abertausende von Chips werden zur kontinuierlichen Evolution der IC-Funktionalität bei gleichzeitiger Kostensenkung inzwischen als unbedingt notwendig erachtet. Hier hat das Imec sich eine komplementäre Position zu dem seit September 2011 in Albany im US-Bundesstaat New York ansässigen G450C-Konsortium (mit Intel, Samsung, TSMC, IBM, GlobalFoundries) erarbeitet.

„In Albany fokussiert man stark auf die erste Phase der Hardwareumstellung der Fertigung. Das ist wichtig, um die immensen Vorleistungen der Fab-Ausrüster anzukurbeln“, so Van den hove. Dies umfasse aber noch nicht die eigentlichen Fertigungsprozesse. „Wir investieren sehr stark in die zweite Phase, in die Entwicklung von Fertigungs-Tools.“

Auf dem vom weltweiten Halbleiterverband Semi organisierten Industry Strategy Symposium Europe 2012 in München Ende Februar skizzierte Van der hove seine Zeitlinie: Test der ersten Tools von ASML in Imecs „Fab 1“ bis 2015. Prozessentwicklung bis Mitte 2017. Dann, in einer noch zu errichtenden „Fab 2“ mit „Full-flow“-Kapazität, die Fertigung erster Chips bis Ende 2018.

Die Rolle Europas, so Van den hove, sei nicht ein Wettlauf mit den amerikanischen Aktivitäten, sondern eine komplementäre Plattform. „Bis 2015 werden wir unseren neuen Reinraum fertigstellen, den wir derzeit auf volle F&E-Kapazität ausbauen.“ Einschließlich einer Pilotfertigung für 450-mm-Wafer. Van den hove: „Europa braucht diese Innovationsplattform, um die bestehende Spitzenforschung zu erhalten, andernfalls würde die weltweit erfolgreiche Entwicklung der Fertigungs-Tools abwandern.“

Kommerzielle 450-mm-Wafer-Fabrikation für die europäische Chip-Produktion

Das ist aber nicht alles. Van den hove plädiert für die Ansiedlung einer kommerziellen 450-mm-Wafer-Fab in Europa. Nur – wer wäre ein geeigneter Kandidat für eine solche extrem teure Fab? Die Chipgiganten Intel, Samsung und TSMC haben sich bereits an anderen Standorten engagiert. Van den hove präsentiert einen Kandidaten: „GlobalFoundries ist ja bereits in Europa ansässig und wird aus Abu Dhabi finanziert.“ Vielleicht, so könnte man spekulieren, ist der Ausstieg des „Mutterkonzerns“ AMD ein erstes Anzeichen für diesen Gang der Dinge. Die Investitionsentscheidungen für 450 mm müssen weltweit noch 2012 getroffen werden.

„Meine Message ist, es wäre ideal, eine 450-mm-Fab in Europa zu haben. Damit könnten wir das gesamte Ökosystem der Chips stützen, einschließlich der breit aufgestellten Forschung und der Fabless-Chipanbieter wie ARM, die bei Foundries produzieren lassen.“ Der entscheidende Vorsprung an Innovation, so Van den hove, entstehe immer an den Grenzlinien mehrerer Disziplinen: Materialforschung, Equipment, Systemtechnik und Fertigung.

Ein Beitrag von:

  • Werner Schulz

    Freier Fachjournalist in München. Schwerpunktthemen: Mikroelektronik, Solartechnik, Displaytechnologie.

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