Hur tillverkas mikroskopiska transistorer på mikrochips?

Mikrochips tillverkas med en mängd olika processsteg. Det finns i grund och botten två huvudkomponenter i varje steg – att maskera av områden för att fungera och sedan utföra vissa operationer på dessa områden. Maskeringssteget kan göras med flera olika tekniker. Den vanligaste kallas fotolitografi. I denna process beläggs skivan med ett mycket tunt lager av ljuskänslig kemikalie. Detta lager exponeras sedan i ett mycket invecklat mönster som projiceras av en mask med kort våglängd. Den uppsättning masker som används bestämmer chipdesignen, de är den ultimata produkten av chipdesignprocessen. Funktionsstorleken som kan projiceras på fotoresistbeläggningen på skivan bestäms av våglängden på det använda ljuset. När fotoresisten exponeras utvecklas den sedan för att exponera den underliggande ytan. De exponerade områdena kan drivas med andra processer – t.ex. etsning, jonimplantation , etc. Om fotolitografi inte har tillräcklig upplösning, finns det en annan teknik som använder fokuserade elektronstrålar för att göra samma sak. Fördelen är att inga masker krävs eftersom geometrin helt enkelt programmeras in i maskinen, men den är mycket långsammare eftersom strålen (eller flera strålar) måste spåra varje enskild funktion.

Transistorerna själva är uppbyggda av flera lager. De flesta marker i dessa dagar är CMOS, så jag kommer kort beskriva ibe hur man bygger en MOSFET-transistor. Denna metod kallas ”självjusterad grind” -metoden eftersom grinden läggs före källan och dräneras så att eventuell feljustering i grinden kompenseras. Det första steget är att lägga ner brunnarna där transistorerna är placerade. Brunnarna omvandlar kisel till rätt typ för att bygga transistorn (du måste bygga en N-kanal MOSFET på P-typ kisel och en P-kanal MOSFET på N-typ kisel). Detta görs genom att lägga ett lager fotoresist och sedan använda jonimplantation för att tvinga joner in i skivan i de exponerade områdena. Sedan odlas grindoxiden ovanpå skivan. På kiselflis är den använda oxid i allmänhet kiseldioxid – glas. Detta görs genom att baka flisen i en ugn med syre vid hög temperatur. Sedan pläteras ett lager av polykisel eller metall ner på oxiden. Detta lager kommer att bilda grinden efter att den etsats. Därefter läggs ett fotoresistskikt ner och exponeras. De exponerade områdena etsas bort och lämnar transistorportarna. Därefter används ytterligare en runda fotolitografi för att maskera av regionerna för transistorkällor och avlopp. Jonimplantation används för att skapa källan och dränera elektroderna i de exponerade områdena. Portelektroden själv fungerar som en mask för transistorkanalen, vilket säkerställer att källan och avloppet dopas exakt till kanten på portelektroden. Därefter bakas skivan så att de implanterade jonerna arbetar sig något under grindelektroden. Efter detta är transistorerna färdiga och ledningsskikten byggs upp varandra.

Jag grävde upp ett par anständiga videor som faktiskt är pedagogiska videor och inte PR-videor:

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

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

Kommentarer

• I huvudsak våglängder av ljus och manipulation av joner och vilken gradient som helst är nyckeln till att skapa mikrochips?
• Rätt, ljuset används för att projicera mönstret på skivans yta, så våglängden måste vara tillräckligt kort så att funktionerna är skarpa. Sedan används jonerna för att ändra karaktären på halvledaren för att skapa alla pn-korsningar som får transistorerna att fungera.
• Jag är förvånad över hur konkret / begriplig informationen om detta är, du presenterar informationen väldigt bra och jag tackar för det.

Det är en fotografisk process, liknande på vissa sätt till en filmkamera med separata exponerings- och utvecklingssteg. De behöver inte skriva ut funktionerna i verklig storlek; de kan skriva ut dem i en storlek som de kan hantera och använda linser för att fokusera bilden på kislet.

Kommentarer

• Transistorn skapas när strålar av ljus i form av transistorer lyser ner på kiselskivorna. Är det rätt?
• I grund och botten, ja. Processen upprepas flera gånger för att göra de olika funktionerna, så det finns ' ingen bild " i form av en transistor ".
• Och eftersom det ' är fotografiskt kan bokstavligen allt vara effektivt " skär " verktyg, till och med en bit damm eller ludd. Och råa toleranser tenderar att vara ganska breda ändå. Så varje matris måste testas innan den förpackas.
• Som jag förstår har de luftfiltermaskiner som ständigt kretsar runt anläggningarna som producerar mikrochips. Jag är förbryllad över vad du sa " kretsar mestadels 2D men komponenterna är definitivt 3D " vilket betyder att själva kortet är naturligtvis 2D men när skiktningsprocessen är klar är ' många 3D-strukturer. Hur är den ena exponeringen för ljus efter den andra lagring av kretsen om den ' bara är ett kiselskikt? är ett lager bara den term som används för att beskriva de på varandra följande förändringarna som gjorts av olika variationer / manipulationer av ljus?
• Det börjar med kisel, men olika material deponeras eller odlas ovanpå, inklusive grindoxiden (kiseldioxid odlas på skivan i en ugn), kopparrör, volfram via pluggar etc.