Ein Schnipsel macht Karriere: Die Chip-Geschichte (2)

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„Wir gehen ins Kleine, wir brauchen immer weniger Materie, immer weniger Energie, um eine elektronische Funktion zu schaffen". Professor Hans-Joachim Queisser zählt zu den international anerkannten Kapazitäten auf dem Gebiet der Mikroelektronik und wird „der Chip-Papst" genannt. Seiner Meinung nach leben wir in der „Silizium-Zeit".

Der Grundstein des Chips ist ein hochwertiger Siliziumkristall, der durch Drehen aus einer Schmelze gezogen wird - er wächst, um nach dem Erkalten in dünne Scheiben zersägt zu werden, die man „Wafer" nennt. Die Oberfläche dieser Wafer wird vor der weiteren Bearbeitung spiegelblank poliert und danach in einem 1100 Grad heißen Gasstrom oxidiert. Erst jetzt folgt der Einbau der Schaltelemente und Leiterbahnen.

Keine Chance für den Lötkolben - die Millionen Bauteile und Verbindungswege werden mit filigranen Masken fotografisch auf die Siliziumscheiben übertragen und dann in heißen Öfen ausgeätzt. Dazu sind über 100 einzelne Prozeßschritte notwendig, von denen sich mehrere zwei- bis dreimal wiederholen. Da werden hauchdünne Metallschichten aufgebracht und bis auf winzige Stege weggeätzt und immer wieder Metall-Ionen in Stellen geimpft, die sich später einmal ja/nein merken sollen.

In den winzigen Punkt am Ende dieses Satzes passen heute, na - was meinen Sie? - rund 480.000 davon.

Kein Wunder, daß die Herstellung der Chips immer mehr von Computern beherrscht wird. Kein Mensch wäre heute in der Lage, auch nur die Fotomasken eines 4 Megabit-Chips zu zeichnen. Die zeichnet nur noch der Computer. Zehntausendmal vergrößert wäre auf der Fläche eines Fußballfeldes ein verwirrendes Labyrinth aus fingerbreiten Gängen zu sehen, die Leiterbahnen reichten gerade einen Zentimeter hoch, ein Menschenhaar würde zum Schlauch von einem Meter Durchmesser aufgeblasen.

So beschränken sich die Eingriffe des Menschen immer mehr auf die Kontrolle der Fertigung. Und auch da steht er der rasanten Entwicklung eigentlich immer mehr im Weg. Da die Strukturen der Chips immer kleiner werden, wächst gleichschnell alles, was nicht da hineingehört. Ein Staubkorn versperrt gleich zwei Chip-Autobahnen auf einmal und fällt wie ein Gebirge auf die elektronische Landschaft. Staub produziert der Mensch im Überfluß und deshalb wird er in Kittel, Hauben, Mundschutz, Handschuhe verpackt und in Reinst-Räume gestellt, in denen reine Werkbänke der Klasse 10 stehen. Was schlicht „hundertmal sauberer als ein Operationssaal" bedeutet.

„Das Problem der Zukunft ist die Fehlersuche", sagt Dr. Markus Zügel, der verantwortlich für den Bereich Halbleiter im IBM-Werk Sindelfingen. „Das ist wie die Suche nach der Erbse auf einem Fußballfeld. Obwohl wir mit jedem Chip über 300 Millionen Tests in knapp einer Minute veranstalten". Daß immer wieder eine Speicherzelle auf der Strecke bleibt, läßt sich nicht verhindern. Also werden in jeden Chip von vornherein „überflüssige" oder redundante Zellen eingebaut, die nach der Fertigung bei Bedarf aktiviert werden und defekte Artgenossen ersetzen. Im 4 Megabit-Chip warten 96.000 Stück auf der Ersatzbank...

Trotzdem landen zwei von vier hochintegrierten Chips im Mülleimer. „Reparieren" bedeutet, eine Stecknadel im Ameisenhaufen mit dem Schaufellader zu suchen. Faszinierend, daß sowas dann doch klappt: mit superdünnen Laserstrahlen werden defekte Leiterbahnen wieder zusammengeschweißt oder fehlerhafte aufgetrennt. Es lohnt sich, obwohl das Ausgangsmaterial Silizium recht billig ist. Die Vielzahl der Prozeßschritte bis zum endgültigen Chip, der immense technische Aufwand macht den Preis des Endprodukts. Trotzdem sind die Kosten pro Speicherzelle immer weiter zurückgegangen - auch das war eine Folge der immer stärkeren Miniaturisierung der Chips.

Zwar sind die Kosten für die Herstellung der Chips gestiegen, ein Mega-Werk wie das der Firma Siemens in Regensburg kostet 400 Millionen Mark, die Kosten für Computerleistung haben dagegen stark nachgegeben. Dadurch wurde der „persönliche Computer" erst machbar, die Taschenrechner für ein paar Mark und Herzschrittmacher, die den Menschen auf Trab halten.

Der Computer galoppiert. Und das so schnell, daß alle Spezialisten mit ihren Zukunftsprognosen bisher immer danebenlagen. Erst war nach Meinung der Experten bei 2000 Speicherzellen das absolute Limit erreicht, dann 1983, zur Zeit der 64 Kilobyte-Speicherchips, was etwa 32 Schreibmschinenseiten entspricht, hielt man 1 Megabit für absolut utopisch. Jetzt sei bei 4 Millionen endlich die Grenze erreicht, heißt es heute. Weil die Gesetze der Physik eine weitere Verkleinerung nicht zulassen würden. Schon jetzt brechen die filigranen Leiterbahnen, sind Licht und chemische Ätzverfahren bei manchen Strukturen einfach überfordert. Und doch findet immer wieder einer einen Weg, noch ein paar Bits hineinzupacken. Kein Einzelgänger allerdings, kein verträumter Erfinder im Hinterhoflabor. Chip-Entwicklung ist heute über den Einflußbereich des Einzelnen hinausgewachsen. Die Gruppe, die Firma, der Konzern zeichnet für Fortschritte verantwortlich.

Neue Technik für die hochkomplizierten Strukturen im Chip-Inneren ist nur noch für Großfirmen finanzierbar. Vor allem jetzt, wo sich die Grenzen der „Normal-Licht-Zeit" abzeichnen. Der Elektronenstrahl ist voraussichtlich eine brauchbare Methode, der ungeheure Schritt in die dritte Dimension eine andere. Er würde elektronische Elemente nicht nur auf der Oberfläche eines hauchdünnen Siliziumplättchens ermöglichen, sondern auch innendrin, untendrunter und miteinander verknüpft - ein Würfelchip mit immenser Schnelligkeit wäre das Ergebnis.

Aber auch die gerade entdeckte CMOS-Technik, mit der Chips aus verschiedenen Metalloxiden erzeugt werden, nimmt die nächste Leistungshürde. Man erwartet Speicherchips mit 256 Milliarden Speicherzellen, verbunden mit winzigsten Leiterbahnen, 3000 mal feiner als ein menschliches Haar und gerade noch 8 Atome dick.

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