Computerchips: Nanostrukturen organisieren sich selbst

Stanford (USA) – In diesem Jahr startet die Produktion für Computerchips mit den bislang kleinsten Schaltkreisstrukturen. Diese können dank ausgeklügelter Belichtungsverfahren bis auf 22 Millionstel Millimeter (Nanometer) schrumpfen. Noch kleinere Strukturen haben Entwickler mit sich selbstständig anordnenden Kunststoffmolekülen im Sinn. Wie sie in der Fachzeitschrift „Advanced Materials“ berichten, konnten sie bereits erfolgreich nahe an die 20 Nanometerschwelle heranreichen und sehen Potenzial für eine weitere Schrumpfung auf 14 Nanometer.

Drei quadratische Platten sind als Schichten übereinander dargestellt. Auf der obersten Ebene sind die Nanostrukturen als kleine Zylinder zu sehen, die mittlere Platte ist blau und gelb eingfärbt und die unterste Platte enthält kleine Mulden, deren Positionen genau zu den Nanozylindern passen.
Nanostrukturen aus selbst organisierenden Polymeren

„Das Ergebnis unserer Arbeit ist ein gestaltetes Muster aus echten Schaltkreisen, und nicht bloß Teststrukturen“, sagt Philip Wong von der Stanford University. Für diesen Erfolg strukturierte seine Arbeitsgruppe einen Siliziumwafer mit einer symmetrischen Anordnung von etwa 30 Nanometer kleinen Löchern. Dazu reichten verfügbare Lithografiemethoden aus, bei denen mit ultraviolettem Licht ein Muster auf die Chiprohlinge projiziert wird und ein chemischer Ätzprozess folgt. Die so entstandenen Muster beschichteten die Forscher hauchdünn mit einem flüssigen Polymer auf der Basis von Polystyrol und Polymethylmethacrylat. Abhängig von der Verteilung der Löcher und der Beschichtungsdicke bildete dieses Polymer selbstständig bis zu 20 Nanometer kleine, zylindrische, hexagonal angeordnete Strukturen.

Zwar erreichen Halbleiterfirmen schon heute in ihrer Chipfertigung Strukturgrößen in den gleichen winzigen Dimensionen. Doch die Selbstanordnung von Polymeren birgt das Potenzial, noch kleinere Muster erzeugen zu können. Das wäre ein großer Vorteil für die Halbleiterindustrie, da sie ihre Anlagen auch für die kommende Chipgeneration nicht auf eine neue Lichtquelle mit Wellenlängen im weichen Röntgenbereich umstellen müssten. Diese sogenannte EUV-Lithografie wird zwar seit Jahren Stück für Stück verbessert, stellt jedoch einen großen Kostenfaktor dar. Aus diesem Grund werden die Möglichkeiten mit den vorhandenen ultravioletten Lichtquellen bis an ihre Grenzen ausgereizt.

Um diese Grenzen mit der Methode der Selbstanordnung zu noch kleineren Strukturen verschieben zu können, müssten Wong und Kollegen durch die Wahl der Polymere und eine Optimierung des Beschichtungsvorgang noch mehr Kontrolle über winzige Schaltkreisstrukturen bekommen.