Cannon Lake: Intel setzt erstmals Cobalt in der 10-nm-Fertigung ein

[Axcyer]

Da solltest du weniger AMD fragen, als viel eher Global Foundries oder TSMC. AMD fertigt ja nicht selber.



MBE halte ich bei Metallschichten für wenig sinnvoll
Ich denke es wird wieder ein Metallschleifprozess verwendet, wie schon der Damascene-Prozess bei der Kupfermetallisierung. Also Passivierung mit CVD aufbringen, Kontaktlöcker/ Leiterbahnen rückätzen, Metalabscheidung per CVD, rückschleifen. Der Prozess ist so schon seit Jahren erprobt und funktioniert ziemlich gut. Auch, wenn es vielleicht anders ginge, würde Intel das beibehalten wollen.
Damascene-Prozess – Wikipedia
Dual-Damascene-Prozess – Wikipedia
gRU?; cAPS

Waren ja mal die gängigen Verfahren zur Schichterzeugung.
Danke für die Info hab, wie schon geschrieben keine Ahnung welche Verfahren genau für Computerchips verwendet werden.

 

[cPT_cAPSLOCK]

Waren ja mal die gängigen Verfahren zur Schichterzeugung.
Danke für die Info hab, wie schon geschrieben keine Ahnung welche Verfahren genau für Computerchips verwendet werden.

Gerne. MBE wird durchaus noch verwendet, aber nur, wenn man epitaktisch 1A Strukturen mit unterschiedlichen Halbleitern oder so geschichten braucht. Beispielsweise für Heterobipolartransistoren. Sonst dauert das zu lang und ist zu teuer.
gRU?; cAPS

 

[Axcyer]

Gerne. MBE wird durchaus noch verwendet, aber nur, wenn man epitaktisch 1A Strukturen mit unterschiedlichen Halbleitern oder so geschichten braucht. Beispielsweise für Heterobipolartransistoren. Sonst dauert das zu lang und ist zu teuer.
gRU?; cAPS

Macht ja auch keinen Sinn die geringen Wachstumsgeschwindigkeiten von MBE in Kauf zu nehmen wenn kein epitaktisches Wachstum benötigt wird

 

[Oberst Klink]

Selbst wenn pro Chip 1g Cobalt eingesetzt werden würde, wäre das für 10 Mio Chips gerade mal 10 Tonnen benötigtes Cobalt. Eine verschwindend geringe Menge im Gegensatz zur herstellung von Akkumulatoren.

Ein Gramm, so viel wiegt vielleicht der ganze Chip, vielleicht auch zwei. Ich denke am Ende bewegen wir uns da bei ein paar hundert Mikrogramm, selbst bei der größten CPU. Das sind ja hauchdünne Schichten, da wird nicht viel Material verwendet.

 

[Rollora]

Habe es raus gefunden

Quelle: Elektroautos brauchen Kobalt aus dem Kongo: Anstieg der Kinderarbeit vorprogrammiert

Seltsam einmal steht "enthält" bei manderen steht "benötigt".
Das eine ist die tatsächliche Masse im fertigen Produkt, das andere die für die Produktion benötigte Menge?

 

[Axcyer]

Ein Gramm, so viel wiegt vielleicht der ganze Chip, vielleicht auch zwei. Ich denke am Ende bewegen wir uns da bei ein paar hundert Mikrogramm, selbst bei der größten CPU. Das sind ja hauchdünne Schichten, da wird nicht viel Material verwendet.

Ging ja nur darum zu Zeigen dass die benötigte Menge an Cobalt für die Halbleiterindustrie winzig ist im Vergleich mit der Batterie- und Akkuindustrie.

 

[JanJake]

Warten wir doch einmal ab wie die Konkurrenz es macht.

Ich kann mir sehr gut vorstellen das andere Hersteller es auch ohne hinbekommen werden. Schließlich wurde schon oft bewiesen, dass andere das gleiche erreichen wie Intel mit einfacheren Mitteln.

Die nächste Frage die ich mir dabei stelle, bei welcher Größe befinden wir uns jetzt eigentlich? Der Prozess mach vllt 10nm heißen, aber wie groß ist die Strukturbreite denn aktuell wirklich?

 

[PCGH_Torsten]

Das hängt davon ab, wie man "Strukturbreite" definiert.
Den Gate-Abstand gibt Intel mit 54 nm an, eine Finne als solche schätze ich auf circa 8 nm in der Breite (siehe auch Artikel im aktuellen Heft).

Waren ja mal die gängigen Verfahren zur Schichterzeugung.
Danke für die Info hab, wie schon geschrieben keine Ahnung welche Verfahren genau für Computerchips verwendet werden.

Querschnitte aktueller CPUs lassen auf eine Dicke von bis zu einigen Dutzend Nanometer für die untersten Metallisierungsschichten schließen, die gröbsten Ebenen könnten 1 µm erreichen. Für solche Schichtdicken ist Sputtern meinem Wissen nach eher schlecht geeignet, zumal für die folgenden Polierprozesse auch eine hohe Festigkeit der aufgetragenen Schicht erforderlich ist. Vakuum-Verfahren sind außerdem ein echtes Problem für den Waferdurchsatz, entsprechende Großserien-Anlagen waren eines der Probleme auf dem (noch nicht abgeschlossenen) Weg zur EUV-Fertigung.

 

[Rollora]

Ich weiß dein Angebot zu schätzen, ob das ohne fortgeschrittene Kenntnisse auf dem Gebiet für mich viel Sinn macht weiß ich allerdings nicht

^das meiste kann man sich dank diesem tollen neuen Ding namens Internet aber schon selber beibringen. Letztlich hat dem Kollegen das auch niemand erzählt, er musste es sich selbst lernen (sofern er es auf einer Uni erlernt hat)

 

[Axcyer]

Das hängt davon ab, wie man "Strukturbreite" definiert.
Den Gate-Abstand gibt Intel mit 54 nm an, eine Finne als solche schätze ich auf circa 8 nm in der Breite (siehe auch Artikel im aktuellen Heft).



Querschnitte aktueller CPUs lassen auf eine Dicke von bis zu einigen Dutzend Nanometer für die untersten Metallisierungsschichten schließen, die gröbsten Ebenen könnten 1 µm erreichen. Für solche Schichtdicken ist Sputtern meinem Wissen nach eher schlecht geeignet, zumal für die folgenden Polierprozesse auch eine hohe Festigkeit der aufgetragenen Schicht erforderlich ist. Vakuum-Verfahren sind außerdem ein echtes Problem für den Waferdurchsatz, entsprechende Großserien-Anlagen waren eines der Probleme auf dem (noch nicht abgeschlossenen) Weg zur EUV-Fertigung.

Wenn dann wird es der Durchsatz sein. Vakuum anlegen und Sputtern mit 1-2 nm pro Sekunde braucht halt seine Zeit. Zwar kann das Absaugen durch Schleusensysteme beschleunigt werden, braucht aber trotzdem. Die Haftung ist bei gesputterten Schichten normalerweise hervorragend. Allerdings kann die Kristallstruktur des Substrats verändert werden.

 

[Tim1974]

Stimmt es denn wirklich, daß Intel die CPUs selbst fertigt und AMD sie wo anders fertigen läßt?
Falls ja, kann man dadurch auf die Qualität schließen, spielt das Cobalt dafür eine Rolle (Thema Langlebigkeit)?

 

[MajorTom69]

Ja, ja und ja.

 

[cPT_cAPSLOCK]

Stimmt es denn wirklich, daß Intel die CPUs selbst fertigt und AMD sie wo anders fertigen läßt?
Falls ja, kann man dadurch auf die Qualität schließen, spielt das Cobalt dafür eine Rolle (Thema Langlebigkeit)?

AMD hat keine eigene Halbleiterfertigung. Nur Intel und Samsung haben neben der Entwicklung der Chipdesigns auch eigene Halbleitertechnologieabteilungen und eigene Halbleiterfabs. Kannst gerne nachlesen, wo AMD überall hat fertigen lassen, meistens bei Global Foundries. Nvidia macht das ja nicht anders, nur dass die meistens bei TSMC fertigen lassen. Fakt ist, dass weder Nvidia, noch AMD eigene Halbleiterfabriken noch eigene Halbleiterprozesse besitzen. Und daher müssen die fremdfertigen lassen. Macht auch eigentlich Sinn, denn eine Tiptop-Halbleitersparte zu besitzen, ist unglaublich teuer. AMD und Nvidia können sich den Spaß einfach nicht leisten.
Das Cobalt stellt eine Innovation in der Halbleiterfertigung dar. Der Kunde merkt davon in erster Instanz nichts (bei Ivy Bridge hat der Kunde ja auch nichts davon gemerkt, dass die Transistoren plötzlich FinFETs waren), aber es ist halt ein Schritt auf der Entwicklungsroadmap heutiger Prozessoren. Ein neues Material hat in der Halbleiterfertigung riesige Konsequenzen (v.a. einige Rattenschwänze finanzieller Natur), wenn es nicht unglaublich gute Argumente für einen Materialwechsel gibt, dann lässt man das in der Regel bleiben. Dass Intel an Cobalt interessiert ist, hatte ich so gar nicht auf dem Radar. Wenn die aber sagen, dass man es Kupfer vorzieht, dann wird da wohl was dran sein. Umsonst werden die den Haufen Geld jedenfalls nicht aus dem Fenster werfen wollen. Einer der Hauptgründe wird sein, dass es bei aggressiv skalierten Kontaktierungen besser funktioniert, als Kupfer - und zwar hinsichtlich dem Widerstand der VIAs und der Elektromigrationsfestigkeit (s. Fließtext). Die beiden Dinge würden allgemein die Grenzfrequenz des Chips nach oben verschieben (RC-Delay der Metallisierung nimmt ab) und die Zuverlässigkeit erhöhen. Beides durchaus wichtige Dinge.

[...]
Die nächste Frage die ich mir dabei stelle, bei welcher Größe befinden wir uns jetzt eigentlich? Der Prozess mach vllt 10nm heißen, aber wie groß ist die Strukturbreite denn aktuell wirklich?

Eigentlich ist das gar nicht so relevant. Der Abstand zweier Gates dürfte, wie schon zuvor gepostet, in der Größenordnung 50 nm liegen. Viel wichtiger ist, wie immer, die elektrische Performance - und die lässt sich schlecht in einer Längeneinheit ausdrücken.
gRU?; cAPS

 

[PCGH_Torsten]

Wenn dann wird es der Durchsatz sein. Vakuum anlegen und Sputtern mit 1-2 nm pro Sekunde braucht halt seine Zeit. Zwar kann das Absaugen durch Schleusensysteme beschleunigt werden, braucht aber trotzdem. Die Haftung ist bei gesputterten Schichten normalerweise hervorragend. Allerdings kann die Kristallstruktur des Substrats verändert werden.

Ich kenne Sputtern persönlich nur aus der Elektronenmikroskopie. Da ist die Abriebsfestigkeit miserabel.

Stimmt es denn wirklich, daß Intel die CPUs selbst fertigt und AMD sie wo anders fertigen läßt?
Falls ja, kann man dadurch auf die Qualität schließen, spielt das Cobalt dafür eine Rolle (Thema Langlebigkeit)?

Die Nutzung von Auftragsfertigern durch AMD hat keinen Einfluss auf die Qualität, aber auf eine die Einführung neuer Techniken im allgemeinen – dazu zählt in der kommenden Generation dann auch Cobalt (beziehungsweise dessen Abwesenheit). Intels Chip-Entwickler können wesentlich früher mit neueren Fertigungsverfahren experimentieren und sind auch besser über das zu erwartende Startdatum informiert. Zudem kann Intel Finanzströme anpassen, damit Fertigung und Architektur zum gewünschten Zeitpunkt fertig werden und hat die volle Kontrolle über Fertigungsprioritäten. AMD und Nvidia haben schon mehrfach Chips verschoben oder nur in winzigen Mengen auf den Markt gebracht, weil TSMC den geplanten Prozess nicht fertig oder alle Kapazitäten zu höheren Preisen an Apple verkauft hatte.

 

[Tim1974]

Wobei diesmal ja Intel mit schlechter Verfügbarkeit der großen Coffeelake-CPUs enttäuscht hat, weswegen die Preise ja nun auch so doll gestiegen sind.

 

[lutari]

Wobei diesmal ja Intel mit schlechter Verfügbarkeit der großen Coffeelake-CPUs enttäuscht hat, weswegen die Preise ja nun auch so doll gestiegen sind.

Die CPU kam 6 Monate früher als geplant. Außerdem war es doch bei den beiden Vorgängern ähnlich. Für mich wenig überraschend.

 

[Axcyer]

Ich kenne Sputtern persönlich nur aus der Elektronenmikroskopie. Da ist die Abriebsfestigkeit miserabel.

Kommt halt immer darauf an wo man sich im Zonenmodell nach Thornton befinde und welches Wachstum vorherrscht. Da in der Elektronenmikroskopie normalerweise Gold aufgesputtert wird, kann die Schichthaftung aber leiden, da erstens in der EM oftmals nicht unter Argon sondern Luft gesputtert wird, zweitens die Stoßübertragung der leichten Gasionen auf Goldatome schlecht ist und drittens die Proben nicht immer erhitzt werden können um kleinere Kristalle zu fördern.
Das Problem mit schlechter Schichthaftung besteht bei galvanischen Abscheidungen aber genauso wenn zu schnell abgeschieden wird und keine dispersive Schicht entsteht. Das ist ja das Problem beim Schnelladen von Lithiumionenakkus. Da bilden sich bei jedem Ladezyklus Dentrite welche irgendwann zum Kurzschluss der Zelle führen. (Heutzutage nicht mehr das Problem da die Lithuiumionen gebunden sind.)

 

[DKK007]

Nun ist nur die Frage, wo Intel das Cobalt besorgt. Ist schließlich ein Konfliktmetall.

 

[Gerry1984]

Angenommen, es wird 0,01g Cobalt pro CPU benötigt und es werden 10.000.000 Cannon Lake CPUs produziert, dann bedeutet das, dass Intel für die gesamte Cannon Lake Generation ganze 100kg Cobalt benötigen würde. Auch wenn das jetzt nur eine grobe Annahme ist, die Größenordnung wird sich wohl schlimmsten Falles im Bereich einiger Hundert Kilogramm bis zu einigen wenigen Tonnen bewegen.

Zum Vergleich, 2016 wurden weltweit 120.000t Cobalt gefödert. Die Menge die für CPUs benötigt wird ist also absolut zu vernachlässigen und damit auch die Frage, wo man das Cobalt her bekommt, stellt sich demnach eigentlich auch nicht mehr.

Cobalt – Wikipedia