Chips bauen sich selbst und ersparen die Belichtung

MIT-Forscher setzen sich selbst organisierende Polymere ein. Wissenschaftler am MIT haben eine neue Methode entwickelt, um Leiterbahnen auf sehr kleinen Chipstrukturen zu erzeugen. Sie verwenden dabei mehrere Polymere, die die Verbindungen selbst herstellen. Das soll gegenwärtige Probleme mit der Erstellung immer feinerer Strukturen lösen.

17. März 2010 um 12:09 Uhr / Nico Ernst

Die ständige Verkleinerung der Strukturbreiten bei Halbleitern steht vor immer größeren Herausforderungen. Um mehr Funktionen und damit mehr Leistung auf wirtschaftlich herstellbaren Chipgrößen unterzubringen, wendet die Halbleiterbranche seit einigen Generationen Tricks an, um Strukturen herzustellen, die kleiner sind als die Wellenlängen der Belichtung .

Derzeit werden in Serie Bausteine mit Strukturbreiten um 30 Nanometer hergestellt, Prototypen gibt es auch schon von 22-Nanometer-Chips, und auch 16 Nanometer erscheinen mit der heutigen Technik noch machbar. Danach werden die Probleme aber so groß, dass selbst Intel als größter Chiphersteller der Welt erstmals Kooperationen bei der Entwicklung der Fertigungstechniken plant.

Bild 1/1: Die Mäander-Strukturen aus Copolymeren bilden sich selbst. (Bild: MIT)

Einer der Ansätze, um die Belichtung ganz abzuschaffen, ist die direkte Bearbeitung des Siliziums mittels Elektronenstrahlen. Das ist bisher noch sehr aufwendig und langsam, da mehrere zehntausend Strahlen benötigt werden, um eine Schaltung in vertretbarer Zeit herzustellen.

Das MIT schlägt deshalb einen Zwischenweg vor: Teile der Schaltung werden mit Strahlen direkt, die Leiterbahnen aber auf eine andere Weise erzeugt. Wie die Forscher berichten, haben sie Materialien gefunden, die sich in voraussagbarer Weise selbst an die richtigen Stellen begeben.

Polymere formen Maske direkt auf Silizium

Dabei setzen die Wissenschaftler Polymere ein. Diese Ketten aus gleichförmigen Molekülen lassen sich inzwischen auch zu Copolymeren verknüpfen, die sich aber nicht dauerhaft verbinden. Diese Eigenschaft nutzt das MIT, um Strukturen herzustellen.

Die Copolymere werden dabei gezielt an Siliziumstrukturen angelagert, die zuvor per Elektronenstrahl gebaut wurden. Wie eine Schnur um eine Reihe von Pfosten bilden die Polymere dann Verbindungen. Über die Längen der jeweiligen Ketten kann dabei vorher bestimmt werden, welche Wege die Ketten bilden – ein vorher geplanter Schaltplan baut sich so quasi selbst.

Plasma erzeugt finale Struktur

Um sie fertigzustellen, wird eines der Polymere schließlich von einem Plasma verbrannt, das andere verwandelt sich dabei zu Glas. Dies wiederum stellt dann die Schutzschicht für einen Ätzvorgang dar, mit dem die endgültige Schaltung aus dem darunterliegenden Silizium hergestellt wird.

Aus der Beschreibung des MIT geht nicht hervor, wie klein die damit möglichen Strukturbreiten sind. Doch das Team um die Forscher Caroline Ross und Karl Berggren arbeitet derzeit an einer Verkleinerung der Strukturen. Allzu winzig dürften sie also noch nicht sein, was zeitlich nicht ins Gewicht fällt: Die bereits in Entwicklung befindlichen 16-Nanometer-Chips sollen frühestens in drei Jahren marktreif sein.

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler auch im Magazin "Nature Nanotechnology" veröffentlicht .