Experten der University of Illinois entwickelten ein Verfahren, mit dem man sehr hohe und schmale FinFETs ätzen kann – ein Transistortyp mit einer hohen Halbleiterfinne, über die der Strom wandern muss. «Wir erforschen die Roadmap der Elektronikbauelemente über Silizium hinaus», sagt Professor Xiuling Li, Leiter der Studie. «Mit dieser Technologie testen wir die Limitierungen des vertikalen Raumes, damit wir mehr Transistoren auf einem Chip und schnellere Geschwindigkeiten erhalten. Wir fertigen sehr hohe und weiche Strukturen mit einem Aspektverhältnis, das mit bisherigen Methoden nicht erreichbar ist. Hinzu kommen Materialien mit besseren Eigenschaften als Silizium.»
Perfekt senkrechte Finnen mit MacEtch
Typischerweise werden FinFETs durch die Bestrahlung eines Halbleiterwafers mit Ionenstrahlen hoher Energie hergestellt. Laut Li entstehen dabei jedoch einige Herausforderungen. So sind zum Beispiel die Seiten der Finnen abgeschrägt, statt senkrecht. Diese Form verursacht, dass nur die Finnenspitze zuverlässig funktionieren kann. Aber bei Applikationen hoher Performance kommt noch ein noch grösseres Problem hinzu, weil der Ionenstrahl die Oberfläche des Halbleiters beschädigen kann. Das kann Leckströme nach sich ziehen.
Die Illinois-Technik, genannt «metal-assisted chemical etching» oder MacEtch, basiert auf Flüssigkeiten und ist nach Angaben von Li einfacher und kostengünstiger als Ionenstrahlen. Am Anfang des Verfahrens wird eine Metallvorlage auf die Oberfläche des Trägers gebracht. Ein chemisches Bad ätzt dann die Bereiche um die Vorlage weg, wodurch die Seiten der Finnen vertikal und glatt bleiben. «Mit der MacEtch-Technologie erhalten wir ein weitaus höheres Aspektverhältnis und die Seitenwände stehen mit nahezu 90 Grad schön senkrecht. Damit können wir das gesamte Volumen als einen Leitungskanal benutzen», sagt der Doktorand Yi Song und ergänzt: «Ein sehr hoher Finnenkanal kann die gleiche Leitfähigkeit wie mehrere kurze Finnenkanäle erzielen. Durch das verbesserte Aspektverhältnis sparen wir eine Menge Platz.»
Auch für Computerspeicher, Batterien, Solarzellen und LEDs
Die Glätte der Seiten ist wichtig, denn die Halbleiterfinnen müssen mit Isolatoren und Metallen überdeckt werden, die die winzigen Leitungen für die Verbindung des Transistors mit dem Chip berühren. Song: «Für eine hohe Performance muss das Interface zwischen dem Halbleiter und dem Isolator eben und glatt sein.»
Zurzeit verwenden die Forscher den Verbindungshalbleiter Indiumphosphid mit Gold als Metallvorlage. Aber man arbeitet an einer goldfreien MacEtch-Methode, weil Gold mit Silizium inkompatibel ist. Li: «Verbindungshalbleiter sind die Zukunft nach dem Silizium, aber Silizium ist immer noch Industriestandard. Darum machen wir das neue Verfahren mit Silizium und vorhandenen Herstellungsverfahren kompatibel.» Nach Angaben der Forscher lässt sich die MacEtch-Technologie auf zahlreiche Bauelemente oder Applikationen mit 3D-Halbleiterstrukturen anwenden, wie zum Beispiel Computerspeicher, Batterien, Solarzellen und LEDs.
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