Mit Schweizer Technologie könnten Computerchips kleiner werden

Kleinere Computer-Chips sind ein wesentlicher Faktor für die digitale Revolution. Sie machen Rechner immer kleiner und gleichzeitig leistungsfähiger. So werden Anwendungen wie das autonome Fahren, künstliche Intelligenz und der 5G-Standard für den Mobilfunk überhaupt erst möglich.

Jetzt haben Forscherinnen und Forscher vom Paul-Scherrer-Institut in Villingen eine Technik entwickelt, mit der sich noch kleinere Chips bauen lassen. Heutige Mikrochips haben Leiterbahnen, die nur zwölf Nanometer voneinander entfernt sind.

Das heisst, sie sind etwa 6000-mal dünner als ein menschliches Haar. Die PSI-Forscher erzeugten jetzt Leiterbahnen, die nur noch fünf Nanometer auseinander liegen.

Mikrochips werden mit einer Art Belichtung hergestellt, der sogenannten Fotolithografie: Auf eine dünne Scheibe aus Silizium wird eine lichtempfindliche Schicht aufgetragen, der Fotolack. Es folgt eine Belichtung, die dem Bauplan-Muster des Chips entspricht und dabei die chemischen Eigenschaften des Fotolacks verändert.

Anschliessende Prozesse entfernen entweder die belichteten oder die unbelichteten Stellen. Am Ende bleibt das erwünschte Verschaltungsmuster mit den Leiterbahnen auf dem Wafer übrig.

Entscheidend für die Verkleinerung und immer kompaktere Chips ist das verwendete Licht. Physikalische Gesetze besagen, dass die abgebildeten Strukturen umso dichter gepackt werden können, umso kleiner die Wellenlänge des verwendeten Lichts ist.

Heute nutzen die Hersteller zur Massenproduktion «extreme ultraviolet light» (EUV) mit einer von 13,5 Nanometern. Dies erlaubt das Drucken noch feinerer Strukturen bis zehn Nanometern und darunter.

Die PSI-Forscher haben jedoch die konventionelle EUV-Lithografie erweitert, indem sie die Probe nicht direkt bestrahlten, sondern indirekt. Bei der EUV-Spiegelinterferenzlithografie werden zwei Strahlen von zwei identischen Spiegeln auf den Wafer reflektiert. Die Gruppe erreichte damit Auflösungen von fünf Nanometern.

«Unsere Ergebnisse zeigen, dass die EUV-Photonenlithografie extrem hohe Auflösungen erzeugen kann», sagt PSI Forscher Dimitrios Kazazis. Derzeit ist die Schweizer Technologie für die industrielle Chipproduktion noch zu langsam. Die PSI-Forscher wollen ihre Methode jedoch weiterentwickeln.