Hvordan lages mikroskopiske transistorer på mikrochips?

Mikrochips er laget ved hjelp av et veldig bredt utvalg av prosesstrinn. Det er i utgangspunktet to hovedkomponenter til hvert trinn – maskering av områder å operere på, og deretter utføre noen operasjoner på disse områdene. Maskeringstrinnet kan gjøres med flere forskjellige teknikker. Den vanligste kalles fotolitografi. I denne prosessen er waferen belagt med et veldig tynt lag med lysfølsom kjemikalie. Dette laget blir deretter eksponert i et veldig intrikat mønster som projiseres av en maske med kort bølgelengde. Maskesettet som brukes bestemmer chipdesignet, de er det ultimate produktet av chipdesignprosessen. Funksjonsstørrelsen som kan projisert på fotoresistbelegget på waferen bestemmes av bølgelengden til lyset som brukes. Når fotoresisten er eksponert, blir den utviklet for å eksponere den underliggende overflaten. De eksponerte områdene kan opereres ved andre prosesser – f.eks etsning, ionimplantasjon osv. Hvis fotolitografi ikke har nok oppløsning, er det en annen teknikk som bruker fokuserte elektronstråler for å gjøre det samme. Fordelen er at ingen masker kreves ettersom geometrien ganske enkelt er programmert i maskinen, men den er mye langsommere da bjelken (eller flere bjelker) må spore hver enkelt funksjon.

Transistorene i seg selv er bygget opp av flere lag. De fleste chips i disse dager er CMOS, så jeg vil kort beskrive ibe hvordan man bygger en MOSFET-transistor. Denne metoden kalles «selvjustert port» -metoden da porten legges ned før kilden og dreneres slik at eventuell feiljustering i porten vil bli kompensert for. Det første trinnet er å legge brønnene der transistorene er plassert. Brønnene konverterer silisiumet til riktig type for å bygge transistoren (du må bygge en N-kanal MOSFET på P-type silisium, og en P-kanal MOSFET på N-type silisium). Dette gjøres ved å legge et lag fotoresist og deretter bruke ionimplantasjon for å tvinge ioner inn i skiven i de utsatte områdene. Deretter dyrkes gateoksydet på toppen av waferen. På silisiumflis er oksydet vanligvis silisiumdioksid – glass. Dette gjøres ved å bake flisen i en ovn med oksygen ved høy temperatur. Deretter blir et lag polysilisium eller metall belagt ned på toppen av oksidet. Dette laget vil danne porten etter at den er etset. Deretter legges et fotoresistsjikt ned og eksponeres. De eksponerte områdene er etset bort, og etterlater transistorportene. Deretter brukes en annen runde med fotolitografi for å maskere områdene for transistorkilder og avløp. Ionimplantasjon brukes til å lage kilde og tømme elektroder i de utsatte områdene. Selve portelektroden fungerer som en maske for transistorkanalen, og sørger for at kilden og avløpet er dopet nøyaktig til kanten av portelektroden. Deretter blir skiven bakt slik at de implanterte ionene jobber seg litt under portelektroden. Etter dette er transistorene komplette, og ledningslagene bygges opp etter hverandre.

Jeg gravde opp et par anstendige videoer som faktisk er lærerike videoer og ikke PR-videoer:

http://www.youtube.com/watch?v=35jWSQXku74

http://www.youtube.com/watch?v=z47Gv2cdFtA

Kommentarer

• I det vesentlige bølgelengder av lys og manipulering av ioner og hvilken som helst gradient av det er nøkkelen til å lage mikrochips?
• Høyre, lyset brukes til å projisere mønsteret på overflaten av waferen, så bølgelengden må være kort nok slik at funksjonene er skarpe. Da blir ionene brukt til å endre karakteren til halvlederen for å skape alle pn-kryssene som får transistorene til å fungere.
• Jeg er overrasket over hvor håndgripelig / forståelig informasjonen om dette er, du presenterer informasjonen veldig bra, og jeg takker deg for det.

Det er en fotografisk prosess, lik på noen måter til et filmkamera med separate eksponerings- og utviklingstrinn. De trenger ikke å skrive ut funksjonene i faktisk størrelse; de kan skrive dem ut i en størrelse de kan håndtere og bruke linser til å fokusere det bildet på silisiumet.

Kommentarer

• Transistoren opprettes når bjelker av lys i form av transistorer skinner ned på silisiumplatene, er dette riktig?
• I utgangspunktet, ja. Prosessen gjentas flere ganger for å lage de forskjellige funksjonene, så det er ' ingen bilder " i form av en transistor ".
• Og fordi det ' er fotografisk, kan bokstavelig talt alt være effektivt " skjæring " verktøy, til og med et støv eller lo. Og de rå toleransene pleier å være ganske brede uansett. Så hver terning må testes før den blir pakket.
• Som jeg forstår det, har de luftfiltreringsmaskiner som sirkler hele tiden rundt anleggene som produserer mikrochips. Jeg er forvirret av det du sa " kretser for det meste 2D, men komponentene er definitivt 3D " noe som betyr at selve brettet selvfølgelig er 2D men når lagdelingsprosessen er fullført, er ' mange 3D-strukturer. Hvordan er den ene eksponeringen for lys etter den andre lagdelt kretsen hvis den ' bare er et enkelt lag silisium? er et lag bare begrepet som brukes for å beskrive de påfølgende endringene som er gjort av forskjellige avvik / manipulasjoner av lys?
• Det starter med silisium, men forskjellige materialer blir avsatt eller dyrket på toppen, inkludert portoksydet (silisiumdioksid vokst på waferen i en ovn), kobberkoblingstråd, wolfram via plugger osv.