TSMC: Neue CFET-Fertigung macht Cache-Speicherzellen deutlich kleiner

Nachdem die stetige Verkleinerung von Transistoren immer schwieriger wird, sollen diese im kommenden Jahrzehnt direkt übereinandergestapelt werden. Unter anderem TSMC forscht schon jetzt an dieser "CFET" genannten Fertigungstechnik, die die Transistorendichte theoretisch fast verdoppeln könnte. Nun hat das Unternehmen, wie bereits in den Vorjahren, erneut die Halbleitermesse IEDM für ein Update genutzt. In den vergangenen zwölf Monaten gab es dabei deutliche Fortschritte.

Speicher, Takt und Verkleinerung

Laut dem von TSMC präsentierten Paper ist es gelungen, mithilfe der CFET-Fertigung die weltweit kleinsten SRAM-Zellen herzustellen. Dabei handelt es sich um eine Verschaltung aus je drei NMOS- und PMOS-Transistoren mit einem Bit Speicherkapazität, die in modernen Prozessoren als Cache zum Einsatz kommt. Eine exakte Flächenangabe hat das Unternehmen zwar leider nicht genannt, angeblich ist diese aber um mindestens 30 Prozent niedriger als bei einem vergleichbaren Prozess ohne gestapelte Transistoren. Das gilt sowohl für auf Flächenverbrauch als auch auf Geschwindigkeit optimierte SRAM-Zellen. Zudem ist TSMC die Kontaktierung mit zwei Fertigungsvarianten gelungen: einmal ohne EUV-Belichtung und mit niedrigeren Kosten sowie einmal mit EUV-Belichtungen für Schaltungen mit höheren Anforderungen.

Quelle: TSMC Aufbau einer SRAM-Zelle als GAA/Nanosheet (NSFET, aktuell) und als gestapelter CFET. Parallel dazu konnte die Foundry erstmals Taktgeneratoren in CFET-Technik herstellen. Diese bestehen aus hintereinandergeschalteten Invertern, den kleinsten Bausteinen digitaler Rechenwerke. Jeder davon wird genutzt, um 0 und 1 zu vertauschen - und umgekehrt. Im konkreten Fall durchläuft ein Signal 100 Inverter und wird dabei verzögert - jeder Inverter benötigt kurz, um umzuschalten. Am Ende zählt ein ebenso von TSMC gefertigtes Zählwerk diese periodischen Auslösungen und gibt alle X Wiederholungen ein Taktsignal aus. Ein solcher Taktgenerator, dessen Taktrate sich durch das Zählwerk anpassen lässt, kann unter anderem zum Antreiben von CPU-Kernen verwendet werden. Je nach Variante hat TSMC dafür 800 bis 1.000 Transistoren gefertigt und die Funktion demonstriert.

Quelle: TSMC Das Unternehmen konnte erstmals einige funktionierende Taktgeneratoren fertigen. Damit können beispielsweise Rechenwerke angetrieben werden. Quelle: TSMC TSMCs Fortschritte in der CFET-Fertigung seit 2023.

Ebenso spannend: GPUs mit bis zu 5.000 Watt: Intel und TSMC möchten das möglich machen

Die mit der CFET-Technik möglichen Schaltungen werden also zunehmend komplexer. Von der Marktreife ist das Unternehmen aber noch weit entfernt, diese soll erst im kommenden Jahrzehnt erreicht werden. Bis dahin dürfte wohl nicht nur die Zuverlässigkeit zulegen: TSMC hat die Ähnlichkeit zu den aktuellen GAA-Transistoren betont, die leicht angepasst erneut zum Einsatz kommen. Fortschritte bei dieser Technik könnten sich also womöglich durchschlagen. Passend dazu ist es dem Unternehmen dieses Jahr gelungen, die Größe der einzelnen CFET-Transistoren leicht zu reduzieren. Vergangenes Jahr war noch von einer Gatelänge von 15 nm und einem Kontaktabstand (Gate Pitch) von 48 nm die Rede, beides wurde nun offenbar unterboten. Nachdem keine genauen Zahlen genannt werden, ist der Fortschritt zumindest hier aber wohl nicht allzu groß. In erster Linie sollen Platzvorteile durch die Transistor-Stapelung möglich werden - und dort dürfte es momentan auch noch den größten Optimierungsbedarf geben.

Wird TSMC bei der Halbleiterfertigung in zehn Jahren noch führend sein? Nutzen Sie die Kommentarfunktion und teilen Sie uns Ihre Meinung mit. Zum Kommentieren müssten Sie auf PCGH.de oder im Extreme-Forum eingeloggt sein. Sollten Sie noch keinen Account haben, könnten Sie über eine Registrierung nachdenken, die viele Vorteile mit sich bringt. Beachten Sie beim Kommentieren aber bitte die gültigen Forenregeln.

Quelle: TSMC (IEDM 2025)

Artikel teilen

TSMC: Fortschritt bei CFETs - mit SRAM-Rekord Im jährlichen Update zur kommenden CFET-Fertigung hat TSMC einige Meilensteine verkündet. Unter anderem wurden angeblich die weltweit kleinste SRAM-Speicherzelle und erstmals ein funktionierender Taktgenerator hergestellt.

Per E-Mail versenden

16