Wie werden mikroskopische Transistoren auf Mikrochips hergestellt?

Mikrochips werden mit einer Vielzahl von Prozessschritten hergestellt. Grundsätzlich besteht jeder Schritt aus zwei Hauptkomponenten: Maskieren von Bereichen, an denen gearbeitet werden soll, und Ausführen einiger Operationen an diesen Bereichen. Der Maskierungsschritt kann mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden. Am häufigsten wird die Fotolithografie genannt. Bei diesem Verfahren wird der Wafer mit einer sehr dünnen Schicht einer lichtempfindlichen Chemikalie beschichtet. Diese Schicht wird dann in einem sehr komplizierten Muster belichtet, das mit kurzwelligem Licht von einer Maske projiziert wird. Der verwendete Maskensatz bestimmt das Chipdesign, sie sind das Endprodukt des Chipdesignprozesses. Die Strukturgröße, die sein kann Die Projektion auf die Fotolackbeschichtung auf dem Wafer wird durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts bestimmt. Sobald der Fotolack belichtet ist, wird er entwickelt, um die darunter liegende Oberfläche freizulegen. Die belichteten Bereiche können durch andere Prozesse bearbeitet werden – z. B. Ätzen, Ionenimplantation usw. Wenn die Fotolithografie nicht genügend Auflösung hat, gibt es eine andere Technik, bei der fokussierte Elektronenstrahlen verwendet werden, um dasselbe zu tun. Der Vorteil besteht darin, dass keine Masken erforderlich sind, da die Geometrie einfach in die Maschine programmiert wird, jedoch viel langsamer ist Da der Strahl (oder mehrere Strahlen) jedes einzelne Merkmal verfolgen muss.

Die Transistoren selbst bestehen aus mehreren Schichten. Die meisten Chips sind heutzutage CMOS, daher werde ich kurz beschreiben ibe wie man einen MOSFET-Transistor baut. Dieses Verfahren wird als „selbstausrichtendes Gate“ -Verfahren bezeichnet, da das Gate vor Source und Drain abgelegt wird, so dass eine Fehlausrichtung im Gate kompensiert wird. Der erste Schritt besteht darin, die Vertiefungen abzulegen, in denen die Transistoren angeordnet sind. Die Vertiefungen wandeln das Silizium in den richtigen Typ zum Aufbau des Transistors um (Sie müssen einen N-Kanal-MOSFET auf P-Silizium und einen P-Kanal-MOSFET auf N-Typ-Silizium bauen). Dies erfolgt durch Aufbringen einer Fotolackschicht und anschließende Ionenimplantation, um Ionen in den belichteten Bereichen in den Wafer zu drücken. Dann wird das Gateoxid auf dem Wafer gezüchtet. Bei Siliziumchips wird in der Regel Siliziumdioxid – Glas verwendet. Dies geschieht durch Backen des Chips in einem Ofen mit Sauerstoff bei hoher Temperatur. Dann wird eine Schicht aus Polysilicium oder Metall auf das Oxid plattiert. Diese Schicht bildet das Gate, nachdem es geätzt wurde. Als nächstes wird eine Fotolackschicht aufgetragen und belichtet. Die belichteten Bereiche werden weggeätzt, wobei die Transistorgatter verbleiben. Als nächstes wird eine weitere Runde der Fotolithografie verwendet, um die Bereiche für die Transistorquellen und -abläufe abzudecken. Die Ionenimplantation wird verwendet, um die Source- und Drain-Elektroden in den exponierten Bereichen zu erzeugen. Die Gateelektrode selbst fungiert als Maske für den Transistorkanal und stellt sicher, dass Source und Drain genau bis zum Rand der Gateelektrode dotiert sind. Dann wird der Wafer eingebrannt, so dass sich die implantierten Ionen leicht unter die Gateelektrode arbeiten. Danach sind die Transistoren fertig und die Verdrahtungsschichten werden nacheinander aufgebaut.

Ich habe ein paar anständige Videos ausgegraben, bei denen es sich tatsächlich um Lehrvideos und nicht um PR-Videos handelt:

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

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

Kommentare

• Im Wesentlichen sind Wellenlängen des Lichts und die Manipulation von Ionen und ein Gradient davon der Schlüssel zur Erzeugung von Mikrochips?
• Richtig, das Licht wird verwendet, um das Muster auf die Oberfläche des Wafers zu projizieren, daher muss die Wellenlänge kurz genug sein, damit die Merkmale scharf sind. Dann werden die Ionen verwendet, um den Charakter des Halbleiters zu ändern und alle pn-Übergänge zu erzeugen, an denen die Transistoren arbeiten.
• Ich bin überrascht, wie greifbar / verständlich die Informationen dazu sind. Sie präsentieren die Informationen Sehr gut und ich danke Ihnen dafür.

Es ist ein fotografischer Prozess, der in gewisser Weise ähnlich ist zu einer Filmkamera mit getrennten Belichtungs- und Entwicklungsschritten. Sie müssen die Merkmale nicht in tatsächlicher Größe drucken; Sie können sie in einer Größe drucken, die sie handhaben können, und Linsen verwenden, um das Bild auf das Silizium zu fokussieren.

Kommentare

• Der Transistor wird beim Strahlen erzeugt Licht in Form von Transistoren scheint auf die Siliziumwafer herab. Stimmt das?
• Grundsätzlich ja. Der Vorgang wird mehrmals wiederholt, um die verschiedenen Merkmale zu erstellen, sodass ' kein Bild " in Form eines Transistors ".
• Und weil es ' fotografisch ist, kann buchstäblich alles effektiv sein " Schneiden " Werkzeug, sogar ein Staub- oder Flusenfleck. Und die Rohtoleranzen sind sowieso eher groß. Daher muss jeder Chip getestet werden, bevor er verpackt wird.
• Soweit ich weiß, haben sie Luftfiltermaschinen, die ständig die Einrichtungen umkreisen und Mikrochips produzieren. Ich bin ratlos über das, was Sie gesagt haben " Schaltungen meistens 2D, aber die Komponenten sind definitiv 3D " was bedeutet, dass die Platine selbst natürlich 2D ist, aber Wenn der Überlagerungsprozess abgeschlossen ist, gibt es ' zahlreiche 3D-Strukturen. Wie ist eine Belichtung nach der anderen Schichtung der Schaltung, wenn ' nur eine einzige Siliziumschicht ist? Ist eine Schicht nur der Begriff, der verwendet wird, um die aufeinanderfolgenden Änderungen zu beschreiben, die durch verschiedene Varianzen / Manipulationen des Lichts vorgenommen werden?
• Sie beginnt mit Silizium, aber verschiedene Materialien werden darauf abgeschieden oder wachsen, einschließlich des Gateoxids (Siliziumdioxid) auf dem Wafer in einem Ofen gewachsen), Kupferverbindungsdraht, Wolfram über Stecker usw.