Mit großem Eifer forschen Chiphersteller an Produktionsverfahren für die Zukunft. Ihr Ziel ist es, die Verdopplung der Transistoren pro Chip alle 18 Monate – wie vom Mooreschen Gesetz beschrieben – auch bis ins kommende Jahrzehnt zu gewährleisten. Werden heute über eine Belichtung mit Laserstrahlen, die so genannte optische Lithografie, und einem chemischen Ätzprozess Strukturen von rund 100 Nanometer Größe erreicht, erlaubt nun eine neue Methode eine Auflösung von nur noch zwei Millionstel Millimetern. Das Verfahren, das kanadische Wissenschaftler entwickelt haben, nutzt die atomfeine Spitze eines Rastertunnelmikroskops und macht eine Belichtung und die aufwändigen chemischen Ätzprozesse überflüssig.
Kein Aufheizen, kein Ätzen und keine Belichtung mit Photonen ist bei dieser Methode notwendig, berichten Peter Kruse und Robert Wolkow vom National Research Council in Ottawa in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters. Sie schreiben die Strukturen für die Schaltkreise quasi direkt auf einen Silizium-Rohling, den Wafer. Die Idee, dazu die extrem feine Spitze eines Rastertunnelmikroskops zu nutzen, ist zwar nicht mehr ganz neu, doch konnten sie das Verfahren mit einem Trick beschleunigen.
Sie beschichteten den hochreinen Wafer vorher mit einer nur ein Molekül dicken Schicht aus Benzol. Die Mikroskopspitze “ritzt” nun selektiv ganze Strukturstreifen in diese Benzolschicht. In die bis zu zwei Nanometer feinen Lücken setzen die Forscher dann chemisch aktive Substanzen wie Ethylen oder Vinyl-Ferrocen. An diesen Stellen konnten sie so gezielt eine Verbindung aus Silizium und Kohlenstoff ? Siliziumcarbid ? entstehen lassen. Der Rest des Benzol wird darauf einfach abgedampft und übrig bleibt eine nanostrukturierte Silizium-Oberfläche.
Von einer Serienherstellung nutzbarer Computerchips ist dieses Laborverfahren allerdings nach Jahre entfernt. Dennoch könnte das Prinzip aus einer Kopplung von chemisch aktiven Substanzen und nanometerfeinen Mikroskopspitzen einen möglichen Weg für ein Produktionsverfahren der Zukunft aufweisen.
Aktuell arbeiten Intel, IBM und Co. an der weiteren Verbesserung optischer Lithografie und Ätzverfahren. Wird zur Zeit Laserlicht mit 248 Nanometern Wellenlänge genutzt, stehen die Entwickler mit 193- oder 157-Nanometer-Licht schon in den Startlöchern. Bis zu 70 Nanometer feine Strukturen werden sich damit in die Silizium-Rohlinge ätzen lassen.
Bis in das kommende Jahrzehnt könnte extrem ultraviolettes Licht, so genanntes EUV-Licht, das sichtbare Laserlicht verdrängen. Mit einer Wellenlänge um 13 Nanometer sollen mit der EUV-Lithografie Strukturen bis zu 30 Nanometern möglich werden. Erst dann werden heute noch exotische Verfahren wie das kanadische mit der Mikroskopspitze ihre Leistungsfähigkeit für einen schnellen Herstellungsprozess unter Beweis stellen müssen.
Jan Oliver Löfken
