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Halbleitertechnik Schaltkreise von atomarer Dicke

Redakteur: Beate Christmann

Optische Technologien ermöglichen es, immer kleinere Strukturen auf Chips zu schreiben und damit deren Speicherkapazität zu erhöhen. Forscher der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT sowie für angewandte Optik und Feinmechanik IOF wollen die Möglichkeiten ausweiten und arbeiten nun an der Fertigung von Mikrochips mit EUV-Strahlung bei 6,7 nm.

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Am Fraunhofer-IOF in Jena werden Spiegelschichten mit atomarer Präzision hergestellt.
Am Fraunhofer-IOF in Jena werden Spiegelschichten mit atomarer Präzision hergestellt.
(Bild: Fraunhofer-IOF)

Chips werden immer kleiner – im Gegenzug werden ihre Speicherkapazitäten aber immer größer. Inzwischen können wir ganze Bibliotheken auf einem Chip im Smartphone speichern. Möglich wurde das vor allem durch revolutionäre Fortschritte in den optischen Technologien und in der Materialwissenschaft. Und obwohl physikalische Grenzen sichtbar werden, ist die Entwicklung noch nicht am Ende: Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT in Achen sowie für angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena arbeiten an der nächsten Technologiestufe für noch kleinere Strukturen.

Im Projekt „Beyond EUV“ entwickeln die Forscher wesentliche Technologien zur Fertigung einer neuen Generation von Mikrochips mit EUV-Strahlung (extrem ultraviolette Strahlung) bei 6,7 nm. Die Strukturen sind dann kaum noch dicker als einzelne Atome und ermöglichen besonders hoch integrierte Schaltkreise zum Beispiel für Wearables oder gedankengesteuerte Prothesen.

Ein entscheidender Parameter für die lithografische Erzeugung immer kleinerer Strukturen ist die verwendete Lichtwellenlänge. In den siebziger Jahren reichte das UV-Licht einer Quecksilberdampflampe, in den Neunzigern kamen Excimerlaser bei 193 nm dazu. Mit diesen Strahlquellen und ausgefeilten Methoden der optischen Lithografie werden heute Strukturgrößen von bis zu 14 nm industriell gefertigt.

Neue Targetmaterialien für 6,7 nm-Strahlquelle

In den letzten 10 Jahren wurde mit der EUV-Lithografie eine völlig neue Technik entwickelt, die bei einer Wellenlänge von 13,5 nm arbeitet. Dafür wird ein Zinntröpfchen mit einem Hochleistungslaser beschossen, die entstehende Strahlung im EUV soll in den nächsten Jahren Strukturgrößen von 10 nm und darunter ermöglichen.

Wissenschaftler am Fraunhofer-ILT haben an der EUV-Technologie maßgeblich mitgearbeitet und konzentrieren sich jetzt auf den nächsten Schritt: Die Technologie für Strahlung von etwa 6,7 nm Wellenlänge. Statt mit Zinn arbeiten sie mit Targets aus Gadolinium- oder Terbiumlegierungen, die entsprechend kürzere Wellenlängen ermöglichen.

Zur Charakterisierung der Strahlquelle wurde gemeinsam von Teams beider Fraunhofer-Institute ein neues Optiksystem entwickelt. Damit lassen sich Parameter wie die Lichtleistung räumlich und spektral hochaufgelöst messen.

Die Strahlquelle produziert inzwischen genügend Leistung, um damit Versuche an neuen Spiegelschichten oder lichtempfindlichen Lacken (Resists) zu unternehmen. Für die nötige Leistungsskalierung wird sie kontinuierlich weiterentwickelt.

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