„Direct Self Assembly“-Verfahren China: Mit Hightech-Materialien gegen das EUV-Handelsembargo

Von Henrik Bork

Forscher in China wollen Hightech-Stoffe entwickelt haben, mit denen sich mithilfe von „Direct Self Assembly“-Verfahren Prozessknoten von 7, 5 und 3 nm auf Chips realisieren lassen – ohne den Einsatz der EUV-Lithografietechnik, auf die die Chinesen aufgrund eines US-Handelsembargos keinen Zugriff haben.

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Montage eines EUV-Lithografiesystems im Reinraum von ASML. Bislang haben die Niederländer ein Quasi-Monopol auf diese für die Mikrochipfertigung essenziellen Hightech-Maschinen.
Montage eines EUV-Lithografiesystems im Reinraum von ASML. Bislang haben die Niederländer ein Quasi-Monopol auf diese für die Mikrochipfertigung essenziellen Hightech-Maschinen.
(Bild: ASML/ Bart van Overbeeke)

Die Skalierung in der Chipproduktion hin zu immer kleineren Prozessknoten hat ein atemraubendes Tempo erreicht. Ein wichtiger Faktor dabei sind die in der Fertigung eingesetzten Hightech-Materialien – die „Performance Materials“. In China hat nun ein Team um Professor Deng Hai in der Abteilung für Makromolekular-Wissenschaften der Fudan-Universität in Shanghai nach eigenen Angaben einen Durchbruch in der Materialforschung erzielt.

Deng Hai und sein Team haben ein neuartiges Hochleistungsmaterial mit der Bezeichung PS-b-PPDFMA für die alternative Lithographietechnik DSA entwickelt, berichtet das chinesische Fachmagazin Gaofenzi Kexue Qianyan, dessen Name sich mit „Neuland in den Polymer- Wissenschaften“ übersetzen lässt. DSA oder „Direct Self Assembly“ werde nun in China zu einem neuen Hotspot in der Entwicklung von neuen Prozesstechnologien für die Herstellung von Halbleitern, schreibt das chinesische Chip-Portal Bandaoti Hangye Guancha.

Internationaler Forschungstrend „Direct Self Assembly“

Nach einem zeitweiligen Forschungs-Boom um DSA um das Jahr 2010 war es eine Zeit lang wieder ruhig geworden um diese „Bottom-up“- Methode des Patternings, also des Ausbildens von Strukturen auf dem Substrat. Nun aber wenden sich sowohl renommierte Hersteller wie Intel, IBM oder Samsung, als auch Forschungsinstitute wie IMEC in Belgien, CEA-Leti in Frankreich und andere erneut der Erforschung von DSA-Prozesstechnologien zu. Die Aktivitäten in China sind Teil dieses internationalen Trends.

Besonders vielversprechend sei vor dem Hintergrund der jüngsten Forschungen das „Kombinieren von DSA-Lithographie mit traditioneller top-down EUV-Lithographie“, schreibt das chinesische Fachportal. Damit sei die Herstellung von Halbleitern mit höherer Packungsdichte möglich, hieß es.

An der Fudan-Universität in Shanghai, großzügig subventioniert von der lokalen Regierung und aus Fördertöpfen in Peking, widmen sich auch die Forscher Hu Xiaohua und Xiong Shisheng der Entwicklung von neuen Block-Copolymer-Materialien.

Neue „Performance Materials“ für Prozessknoten bis 3 nm

Während herkömmliche „Performance Materials“ nur für DSA-Prozesse von Halbleitern im 22 Nanometer-Bereich wirklich zuverlässig waren, versucht man nun neue Stoffe zu synthetisieren, die auch für 7, 5 und 3 Nanometer gute Ergebnisse erzielen. Das von Professor Deng Hai entwickelte PS-b-PPDFMA sei für Prozesse bis 5 Nanometer geeignet, berichtet sein Team.

„Es besitzt eine extrem hohe Auflösung und gleichzeitig die Fähigkeit zu schnellen Selbstassemblierung zum Herausbilden von Pattern,“ heißt es in der Analyse des Fachmagazins Gaofenzi Kexue Qianyan. Die Geschwindigkeit des neuen, in Shanghai entdeckten Materials sei momentan für solche Prozesse unübertroffen. Es habe damit großes Potenzial für „die nächste Generation der Lithographie-Technologie”, so das Magazin.

DSA als Ergänzung zu EUV – oder als Alternative

Die Forschungen in China geben möglicherweise jenen Unternehmen und Instituten Recht, die weiterhin an die Zukunft von DSA als alternative oder zusätzliche, in Kombination mit EUV eingesetzte Prozesstechnologie glauben. Für China wäre es ein großer Gewinn, wenn die heimische Chipindustrie hochintegrierte Schaltkreise ohne EUV-Technik fertigen – und somit das US-Embargo für eben diese Technik umgehen – könnte.

Wie das Fachmagazin Bandaoti Hangye Guancha berichtet, investiert unter anderem der deutsche Merck- Konzern in Darmstadt in die Entwicklung neuer DSA-Materialien, etwa in einem im September 2020 eröffneten Forschungszentrum in Deutschland und durch den Ausbau seiner Forschung & Entwicklung in diesem Bereich in Japan.

Sowohl die Forschung als auch die Industrie ist somit weltweit darum bemüht, den schwierigsten und teuersten Prozess der Halbleiterproduktion – die Lithographie – zu verbessern. „Mit der Fertigung von 3- und 5-nm-Chips steigen die Ansprüche an die Lithographie-Anlagen immer weiter und DSA könnte eine ergänzende Technologie werden“, kommentiert das chinesische Fachmagazin.

* Henrik Bork ist Analyst bei Asia Waypoint, einem auf den chinesischen Markt fokussierten Beratungsunternehmen in Peking.

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