Computerchips setzen sich selbst zusammen

Eines der größten Probleme bei der weiteren Verkleinerung von Chipstrukturen ist die Suche nach neuen Herstellungsverfahren. Bereits jetzt sind die Wellenlängen des für die Fotolithographie benutzten Lichts größer als die Strukturen, die auf den Silizium-Wafern erzeugt werden. Als eine mögliche Lösung gilt die Selbstassemblierung.

Zwar wäre es prinzipiell auch möglich, mit sehr viel feineren Elektronenstrahlen statt Licht weiterhin auf „herkömmliche“ Fotolithographie zu setzen, dies würde die Produktionskosten jedoch deutlich in die Höhe treiben. Denn während mit Licht die gesamte Maske auf einmal belichtet werden kann, müsste ein Elektronenstrahl die Strukturen wie ein Rasenmäher in Bahnen abfahren. Im Gegensatz dazu setzt man bei der Selbstassemblierung auf eine vorhersagbare Selbstanordnung von Molekülen auf der Wafer-Oberfläche. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben nun einen weiteren Schritt in diese Richtung gemacht. Bisher brauchte man eine vergleichsweise aufwändige Schablone – beispielsweise eine geätzte Furche oder eine chemische Modifikation – auf der Wafer-Oberfläche, entlang derer sich die Moleküle ablagern konnten. Der neue Ansatz der Wissenschaftler um Caroline Ross und Karl Berggren zeichnet sich hingegen durch einen viel sparsameren und damit effizienteren Einsatz von Elektronenstrahlen aus: Es werden lediglich Raster winziger Säulen auf dem Siliziumchip erzeugt. Anschließend wird ein Copolymer aus zwei verschiedenen Monomereinheiten auf die Oberfläche aufgebracht, dass sich an den Säulen einhakt. Die Monomere des Copolymers würden sich eigentlich nicht vermischen und streben auseinander. Da sie aber aneinander gebunden sind, entsteht eine große Zahl vorhersagbare, für die Herstellung von Schaltkreisen nützlicher Strukturen, die durch Variation von Kettenlänge und Proportion der Polymere sowie Form und Position der Siliziumsäulen beeinflussbar sind.

Eines der beiden Polymere verbrennt bei Kontakt mit Plasma, das andere, siliziumhaltige, wird zu Glas und könnte daher die Funktion eines Fotolacks übernehmen. In einem nächsten Schritt werden die Forscher versuchen, Säulenmuster zu finden, mit denen sich funktionierende Schaltkreise für Prototypen-Chips erzeugen lassen. Zudem wird an einer weiteren Verfeinerung des Verfahrens gearbeitet, um noch kleinere Strukturen erzeugen zu können. Die bisherigen Ergebnisse ihrer Forschung haben die Wissenschaftler unter dem Titel „Complex self-assembled patterns using sparse commensurate templates with locally varying motifs“ am 14. März in der Online-Ausgabe von Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Ein etwas anderes Verfahren zur Selbstassemblierung von Strukturen haben IBM-Forscher im vergangenen August vorgestellt. Mit einem Elektronenstrahl oder optischer Lithografie wurden ebenfalls Reihen von Anbindungspunkten gefertigt, die in Form und Größe den Origami-Strukturen entsprachen, die bei der Reaktion von viraler DNS und einer Mischung kurzer synthetischer Oligonukleotidstränge entstehen. Durch ein spezielles Maskenmaterial und die Kontrolle der Ablagerungsbedingungen erreichte man eine hohe Selektivität der Origami-Bindungen, dank der sich die Strukturen nur an den vorgesehenen Orten ablagerten.