Halbleiter 31.03.2000, 17:24 Uhr

Rosige Zukunft für Europas Halbleiterindustrie

Die Halbleiterindustrie erholt sich nach der längsten Rezession in ihrer Geschichte. Wachstum ist auch dringend nötig, wollen die IC- und Equipment-Hersteller die Herausforderungen bestehen, die über die nächsten Jahre auf sie zukommen. Besonders gut dafür positioniert sind europäische Unternehmen.

Marktanalysten gehen davon aus, dass der Halbleitermarkt in diesem Jahr um mindestens 25 % zulegt, im kommenden Jahr soll das Plus sogar 40 % erreichen. Kein Wunder, dass auf dem diesjährigen International Strategy Symposium Europe 2000 (ISS) in Marseille allgemein beste Laune herrschte. Auf der von der Semiconductor Equipment and Materials (Semi) veranstalteten Konferenz trafen sich führende Vertreter der europäischen Halbleiterindustrie, die selbstbewusst in die Zukunft blickt wie selten zuvor. „Die europäische Halbleiterindustrie befindet sich in einer exzellenten Position und wird in besonderem Maße von dem Aufschwung profitieren“, befindet Jean-Philippe Dauvin, Group Vice President und Chief Economist von ST-Microelectronics.
Dazu tragen mehrere Faktoren bei: der große europäische Binnenmarkt, der Wohlstand der Bevölkerung und der gute technische Ausbildungsstand. Vor allem aber ist es Europa gelungen, in Schlüsselmärkten wieder Fuß zu fassen. Dazu gehören die Kommunikation, der Automobilsektor, der Bereich der Chipkarten, und auch in der Consumerelektronik gewinnt Europa wieder Boden. Von der starken Nachfrage nach ICs aus diesen Bereichen profitierten die großen europäischen Halbleiterhersteller: Infineon, Philips und ST-Microelectronics sind in die Gruppe der zehn weltweit größten Chipproduzenten aufgestiegen.
Und eine weitere Tatsache ist für den Erfolg europäischer Unternehmen ausschlaggebend. Jean-Philippe Dauvin formuliert das mit folgenden Worten: „Es gibt ein Leben außerhalb des PCs.“ Waren die PCs seit den 80er Jahren der treibende Faktor für die Entwicklung der Halbleiterindustrie, so übernehmen zunehmend neue Geräte diese Rolle. Dabei handelt es sich um Mobiltelefone, persönliche digitale Assistenten und eine große Vielfalt weiterer „Spielzeuge“, in denen Computer sowie Tele- und Datenkommunikation zusammenwachsen.
Während die PCs die Entwicklung von immer schnelleren Prozessoren und immer größeren Speicherchips vorangetrieben haben, leiten die neuen Geräte eine neue Phase ein. Jetzt kommt es auf einen möglichst hohen Integrationsgrad an. Auf diesen ICs befinden sich verschiedene Funktionsblöcke (oft auch Intellectual Property (IP) genannt), zu denen unterschiedliche Prozessoren, Funktionen für die Kommunikation sowie verschiedene Speicherblöcke gehören. Auch analoge Blöcke wie A/D-Wandler müssen integriert werden.

„Systems-on-a-Chip“ bilden das technische Herz künftiger Information Appliences

Diese „Systems-on-a-Chip“ werden das Herz zukünftiger Geräte bilden. Denn sie nehmen weniger Leistung auf als Systeme, die aus Einzelchips aufgebaut sind, und sie beanspruchen weniger Platz. Beides ist entscheidend, denn die meisten Geräte werden tragbar sein, und daher kommt es auf eine möglichst lange Lebensdauer der Batterien an. Der Erfolg der europäischen Halbleiterfirmen ist zum Teil auch darauf zurückzuführen, dass sie schon früh in die Entwicklung dieser Systems-on-a-Chip investiert haben.
Für die neuen Geräte gelten die Gesetze des Consumermarktes. In ihnen steckt zwar eine enorme Rechenleistung, aber niemand wird für ein Mobiltelefon so viel Geld bezahlen wie für einen PC, auch wenn das Telefon noch zusätzlich eine Datenbank enthält, die Terminverwaltung übernimmt, als MP3-Player verwendet werden kann und Internetzugang bietet. Also müssen die Chips sehr billig sein. Und das, obwohl sie die unterschiedlichsten Funktionsblöcke enthalten und Millionen von Transistoren auf ihnen integriert sind. Schon in absehbarer Zeit wird es Chips mit Milliarden von Transistoren geben, die Geräte ermöglichen, mit denen man über die natürliche Sprache kommunizieren kann und die beispielsweise Simultanübersetzungen durchführen können.
Wie lassen sich derartige Chips, deren Transistoren eine Gatelänge von weit unter 100 nm aufweisen, kostengünstig produzieren? Diese Frage stand im Mittelpunkt der diesjährigen ISS. Ein wichtiger Schritt auf diesem Weg ist der Übergang zu einer neuen Wafergeneration mit größerem Durchmesser. Heute werden ICs zumeist auf Siliziumscheiben (Wafern) mit einem Durchmesser von 200 mm gefertigt. Die nächste Wafergeneration wird einen Durchmesser von 300 mm aufweisen. Eine einfache Rechnung besagt, dass der Preis pro IC um rund 30 % sinken wird, da auf die 300-mm-Wafer eben mehr Chips passen als auf Scheiben mit einem Durchmesser von 200 mm. Dafür muss aber ein hoher Einstiegspreis bezahlt werden, denn der Umstieg erfordert neue Maschinen, und sie zu entwickeln kostet Milliarden von Dollar.
Doch es gibt noch eine Reihe von weiteren technischen Herausforderungen. Eine der größten ist die Lithografie. Seit Jahren suchen die Ingenieure in den R&D-Abteilungen und in Forschungseinrichtungen nach den Nachfolgern der optischen Lithografie. Wann deren Ende allerdings erreicht sein wird, darüber sind sich die Experten nicht einig. Bisher gelang es den Stepperherstellern immer wieder, Tricks zu finden, mit deren Hilfe die optische Lithografie zu Auflösungen vorstieß, die noch vor wenigen Jahren kaum jemand für möglich gehalten hätte.

Neue Halbleiter-Materialien sind dringend erforderlich

Große Herausforderungen ergeben sich für die Chiphersteller auch aus der Notwendigkeit, neue Materialien einzusetzen. Im Moment findet die Umstellung von Aluminium auf Kupfer für die auf den Chips integrierten Leiterbahnen statt. Außerdem suchen die Hersteller nach neuen Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante für die isolierenden Schichten zwischen den Verdrahtungsebenen.
Aus heutiger Sicht ist außerdem noch nicht klar, mit welchen Methoden ICs mit Transistor-Gate-Längen von 45 nm und Dielektrika mit einer Dielektrizitätskonstanten von 1,5 überhaupt realisierbar sind, die die SIA-Roadmap für 2008 vorsieht. Die Hersteller müssen die Mauer (die „Red Brick Wall“, wie sie die Experten nennen) durchstoßen, die sich dem Fortschritt in den Jahren zwischen 2005 und 2008 in den Weg stellt.
Wollen sie das schaffen, müssen sie sich sputen, denn von der Entwicklung einer neuen bahnbrechenden Fertigungstechnik bis zur Entwicklung verlässlicher Maschinen für die Massenfertigung gehen im Durchschnitt sechs Jahre ins Land. Dennoch sind die Experten optimistisch: „Das goldene Zeitalter der Elektronik“, so formulierte es Stan Myers, President der Semi, „hat gerade erst begonnen.“ H. LEHMANN
Mit dem 300-mm-Wafer kann die Produktivität der Halbleiterindustrie noch einmal kräftig gesteigert werden. Doch der Umstieg auf große Scheiben ist nicht die einzige Herausforderung für die Chip-Technologen. Auch neue Materialien und stetig schrumpfende Strukturen wollen erforscht und großtechnisch beherrscht werden.

Von H. Lehmann
Von H. Lehmann

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