Samsung hat eine neue Generation des 3-nm-Gate-Full-Ring-Prozesses auf den Markt gebracht und sich damit eine führende Position im GAA-Prozess gesichert

In den letzten Jahren hat Samsung im harten Wettbewerbsumfeld auf dem Markt seinen Geschäftsschwerpunkt auf OEM-Logikprozesse verlagert. Beim jüngsten US-Abschnitt des SFF (Samsung Foundry Forum) kündigte Samsung vier FinFET-Prozesse an, die 7 nm bis 4 nm abdecken. Gleichzeitig wurde eine neue Generation des 3-nm-Gate-Allround-Prozesses (GAA) veröffentlicht. Im Vergleich zur 7-Nm-Technologie wird der 3gae-Prozess von Samsung die Fläche um 45 % reduzieren, den Stromverbrauch um 50 % senken und die Leistung um 35 % verbessern. Samsung sagte, dass die ersten 3-nm-Chips hauptsächlich für Smartphones und andere mobile Geräte gedacht seien.

Derzeit ist der fortschrittliche Halbleiterherstellungsprozess unterhalb des 10-nm-Knotens angekommen. TSMC übernahm letztes Jahr die Führung bei der Massenproduktion des 7-Nm-Prozesses, es gibt jedoch keinen EUV-Lithographieprozess. Samsung hat sich für den direkten Einstieg in den 7-Nm-EUV-Prozess entschieden und liegt damit ein Jahr hinter TSMC. Allerdings ist Samsung fest entschlossen, beim 3-nm-Prozess mit TSMC gleichzuziehen. Laut der Roadmap von Samsung werden sie im Jahr 2021 den 3-nm-Prozess in Massenproduktion herstellen, und TSMC wird zu diesem Zeitpunkt fast in den 3-nm-Knoten einsteigen. Allerdings hat TSMC die technischen Details von 3 nm nicht definiert, was bedeutet, dass Samsung eine führende Position im GAA-Prozess erlangt hat.

Ryan SangHyun Lee, stellvertretender General Manager des Samsung Wafer Foundry Business Market, sagte, dass Samsung seit 2002 die GAA-Technologie entwickelt und MBCFET (Multi Bridge Channel FET) mithilfe von Nanochip-Geräten hergestellt habe. Diese Technologie kann die Leistung von Transistoren erheblich verbessern, um die Herstellung im 3-nm-Prozess zu ermöglichen. TSMC fördert jedoch auch aktiv den 3-nm-Prozess. Im Jahr 2018 kündigte TSMC an, 600 Milliarden NT$ in den Bau einer 3-nm-Anlage zu investieren, in der Hoffnung, 2020 mit dem Bau beginnen und bereits Ende 2022 mit der Massenproduktion beginnen zu können. Es wurde berichtet, dass die 3-nm-Prozesstechnologie von TSMC in die experimentelle Phase eingetreten ist und einen neuen Durchbruch in der GAA-Technologie erzielt hat. TSMC wies in seinem Finanzbericht für das erste Quartal darauf hin, dass seine 3-nm-Technologie in die Phase der umfassenden Entwicklung eingetreten sei. Tatsächlich konkurrieren TSMC und Samsung Electronics seit vielen Jahren auf dem Gebiet der Spitzentechnologie. In diesem Jahr werden sie hauptsächlich auf der 3-nm-Technologie konkurrieren. Allerdings erwähnten weder TSMC, Samsung noch Intel die Roadmap für den Halbleiterprozess nach 3 nm.

Denn sobald die Verarbeitungslinienbreite integrierter Schaltkreise 3 nm erreicht, wird sie in die Kategorie der mesoskopischen Physik eintreten. Die Daten zeigen, dass mesoskopische Materialien einerseits eine bestimmte Menge an Partikeln enthalten, die nicht nur durch die Schrödinger-Gleichung gelöst werden können; Andererseits ist die Anzahl der Partikel nicht groß genug, um statistische Schwankungen zu ignorieren. Dies führt dazu, dass die Weiterentwicklung der integrierten Schaltkreistechnologie auf viele physikalische Hindernisse stößt. Darüber hinaus ist auch der durch den Anstieg des Leckstroms verursachte Stromverbrauch schwer zu lösen. Daher wird der 3-nm-Prozess auch als physikalische Grenze von Halbleitern bezeichnet. In den Jahrzehnten vor der Entwicklung der Halbleiterindustrie war die Branche jedoch immer wieder mit dem sogenannten Prozessgrenzenproblem konfrontiert, doch diese technischen Genicke wurden immer wieder gebrochen. Auch Ryan Lee, Vizepräsident für Marketing im OEM-Geschäft von Samsung sagte die Zukunft der Samsung-Chips voraus: Die Entwicklung der GAA-Technologie könnte einen 2-nm- oder sogar 1-nm-Prozess ermöglichen. Obwohl Samsung nicht sicher ist, welche Art von Struktur es übernehmen wird, geht es dennoch davon aus, dass eine solche Technologie auf den Markt kommen wird. Mit anderen Worten: Samsung plant, den GAA-Prozess zu nutzen, um physikalische Grenzen zu überwinden.