Toshiba fertigt 22-Nanometer-Chips mit Präge-Lithographie

Neues Verfahren für nächste und übernächste Halbleiter-Generation?

Das US-Unternehmen "Molecular Imprints" (MII) meldet einen Erfolg bei dem Bestreben, ein neues Verfahren für die Herstellung von Halbleitern zur Serienreife zu führen. MII zufolge wurden bei Toshiba, die von MII mit Maschinen beliefert werden, erstmals CMOS-Schaltungen in 22 Nanometern Strukturbreite hergestellt - und zwar nicht durch die sonst üblichen Belichtungsverfahren.

Die gängige Methode, um die feinen Strukturen eines modernen Halbleiters zu erzeugen, ist die Belichtung mittels Masken und anschließendes Abtragen des überschüssigen Material - meist durch Ätzen. Da aber die Breiten der Leiterbahnen längst unter den Wellenlängen des sichtbaren Lichts liegen, wird das immer schwieriger. Ein Ansatz ist die "Immersions-Lithographie", bei der die Maschinen, sogenannte "wet tools", vollständig mit Flüssigkeit gefüllt werden müssen. Auch von der Kombination mit Röntgen-Strahlen, euphemistisch auch "Extreme Ultra Violet" (EUV) genannt, verspricht sich die Halbleiter-Branche weitere Verkleinerungen jenseits von den schon vorgeführten 32 Nanometern.

Ein ganz anderes Verfahren ist die Prägelithographie, auch "Imprint Lithography" oder "Nano Imprint Lithograpy" (NIL) genannt. Statt einer Maske wird eine Art Positiv-Stempel verwendet, dessen Relief in einer doppelten Prägung mit Aufbringung des zu züchtenden Materials nach Belichtung die Strukturen definiert. Vor allem für Halbleiter-Generation ab 22 Nanometern - dem nächsten Schritt nach 32 Nanometern - soll die Prägelithographie eine Alternative zum bisherigen Belichten sein und EUV überflüssig machen. Ein Vorteil der Prägelithographie ist auch, dass die teuren Masken nicht eigens gefertigt werden müssen. Viele Unternehmen lagern diesen Produktionsschritt aus, die Präge-Stempel sollen sich mit einer einzelnen Maschine kostengünstig selbst herstellen lassen, was vor allem für Klein-Serien wie die Herstellung von Prototypen interessant erscheint.

Bisher wurden jedoch nur vergleichsweise einfache Strukturen für die Prägung als geeignet angesehen, darunter Dioden und die Verbindungen von Chips nach außen oder untereinander. Laut Molecular Imprints (MII) wurden deren Maschinen nun bei Toshiba erstmals dazu verwendet, eine komplexe CMOS-Schaltung mit 22 Nanometern Strukturbreite herzustellen. Welcher Schaltungstyp dabei erzeugt wurde, gaben die beiden Unternehmen noch nicht an - üblich ist für solche Experimente mit kleinen Strukturbreiten ein SRAM, weil es sehr homogen aufgebaut ist und das Verhalten der Schaltung sich bei verschiedenen Betriebszuständen leicht analysieren lässt.

Wie MII angibt, wurden dabei Defekt-Raten unter 0,3 Beschädigungen pro Quadratzentimeter Die-Fläche erzielt, die Abweichungen der Breite der Leiterbahnen sollen kleiner als 2 Nanometer gewesen sein - beides gute Werte für erste Bauteile in einer neuen Strukturbreite. Dass ein namhafter Halbleiter-Hersteller wie Toshiba sich für Prägelithographie so interessiert, dass damit teure Prototypen-Experimente angestellt werden, darf als Erfolg für die noch junge Technik gewertet werden. Auch HP arbeitet bereits seit Jahren an der Prägelithografie. Noch ist aber nicht absehbar, für welche Anwendungsgebiete des großen Halbleitermarktes sich das Verfahren letztendlich in der Serienfertigung eignet.