Herausforderungen beim Fab-Bau

In der Theorie klingt es einfach, mittels REM und FIB Halbleiter herzustellen. Dass aber selbst ein japanisches Konsortium aus großen, erfahrenen Unternehmen zehn Jahre benötigte, um die Minimal Fab zu entwickeln, gibt zu denken. Dahinter steckt eine Menge Arbeit.

Die beginnt mit ganz trivialen Dingen: Selbst der einfachste Chip besteht aus mindestens vier Lagen, der Dotierung des Silizium-Wafers, einem Isolator aus polykristallinem Silizium, einer Passivierungsschicht und den Leitern, mit denen die einzelnen Transistoren verbunden werden. Alle Schichten müssen präzise übereinander liegen.

Zur Herstellung jeder Schicht ist zuerst ein Belichtungsvorgang erforderlich. Danach wird der Wafer aus der Belichtungseinheit entnommen und durchläuft mehrere andere Prozessschritte. Zur Belichtung der nächsten Schicht muss er präzise wieder in die Belichtungseinheit eingesetzt werden. Je feiner die Strukturen werden, desto geringer wird die Fehlertoleranz. Auch die Führung beim Belichten muss präzise erfolgen.

Sauberkeit ist wichtig

Die Verwendung eines FIB zur Oberflächenstrukturierung hat ebenfalls ihre Tücken: Die auf die Oberfläche geschossenen Ionen sprengen Atome weg – die sich natürlich an anderer Stelle wieder ablagern. Dabei gilt es zu verhindern, dass sich das Material in den bereits hergestellten Strukturen absetzt. Zudem können die Ionen ins Silizium eindringen und es verunreinigen.

Auch im Großen ist Sauberkeit wichtig: Zwischen den einzelnen Prozessschritten dürfen die Wafer nicht verschmutzt werden, sonst sind Defekte vorprogrammiert. Üblicherweise werden die Wafer dazu in hermetisch versiegelte Behälter verpackt, die nur zum sauberen Innenraum der Maschinen hin öffnen. Das ist auch in der Minimal Fab so.

Schon 180 nm wären ein Erfolg

Angesichts der vielen Herausforderungen sind wir gespannt, wie Zeloof das angeht. Eins aber ist klar: Auch wenn sich mit einem Elektronenmikroskop theoretisch Transistoren der 5-nm-Klasse herstellen lassen – praktisch und vor allem wirtschaftlich gelingt das nicht, zumindest nicht in größerem Maßstab. Selbst die verhältnismäßig groben Strukturen älterer Prozesse mit Strukturgrößen von 180 oder 130 nm sind bereits eine große Herausforderung. Und um attraktiv zu sein, muss Zeloof mehr liefern als einzelne Transistoren, auf die er sich bislang beschränkte.

Wir hätten gern mit ihm über seine Pläne und Ideen gesprochen und haben Atomic Semi eine Rohfassung dieses Textes geschickt. Leider haben wir darauf keine Rückmeldung erhalten. Aber wir bleiben dran.