Wie werden mikroskopische Transistoren auf Mikrochips hergestellt?

Wie ist so etwas wie ein Mikrochip, der schon klein ist, weil er auf einer solchen Mikroskala noch kleinere Transistoren in Millionenhöhe aufnehmen kann? Es scheint ein Kunststück für die Maschine zu sein, etwas so Kleines und auch Funktionelles herstellen zu können. Vielleicht überdenke ich das oder es fehlt mir das Verständnis, aber wie ist es möglich, einen so kleinen Transistor zu schaffen, der mit bloßem Auge nicht zu sehen ist, sondern funktioniert. Welche Maschine könnte das tun? Vor allem in den 60er Jahren.

Mikrochips werden in einer Vielzahl von Prozessschritten hergestellt. Jeder Schritt besteht im Grunde aus zwei Hauptkomponenten: Abdecken der zu bearbeitenden Bereiche und Ausführen einiger Operationen an diesen Bereichen. Der Maskierungsschritt kann mit verschiedenen Techniken durchgeführt werden. Am häufigsten wird die Photolithographie 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 von einer Maske mit kurzwelligem Licht projiziert wird. Der Satz der verwendeten Masken bestimmt das Chipdesign, sie sind das Endprodukt des Chipdesignprozesses. Die Strukturgröße, die auf die Fotolackbeschichtung auf dem Wafer projiziert werden kann, 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 über eine ausreichende Auflösung verfügt, gibt es eine andere Technik, bei der fokussierte Elektronenstrahlen verwendet werden, um dasselbe zu tun. Der Vorteil ist, dass keine Masken erforderlich sind, da die Geometrie einfach in die Maschine programmiert wird. Sie ist jedoch viel langsamer, da der Strahl (oder mehrere Strahlen) jedes einzelne Merkmal nachzeichnen muss.

Die Transistoren selbst sind aus mehreren Schichten aufgebaut. Die meisten Chips sind heutzutage CMOS, daher beschreibe ich kurz, wie ein MOSFET-Transistor aufgebaut wird. Diese Methode wird als "Self-Aligned Gate" -Methode bezeichnet, da das Gate vor Source und Drain abgelegt wird, damit eventuelle Fehlausrichtungen im Gate ausgeglichen werden. Der erste Schritt besteht darin, die Wannen festzulegen, in denen die Transistoren angeordnet sind. Die Wannen wandeln das Silizium in den richtigen Typ für den Aufbau des Transistors um (Sie müssen einen N-Kanal-MOSFET auf P-Typ-Silizium und einen P-Kanal-MOSFET auf N-Typ-Silizium aufbauen). 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 aufgewachsen. Bei Siliziumchips wird im Allgemeinen Siliziumdioxid-Glas als Oxid verwendet. Dies erfolgt durch Backen des Chips in einem Ofen mit Sauerstoff bei hoher Temperatur. Dann wird eine Schicht aus Polysilizium oder Metall auf das Oxid plattiert. Diese Schicht bildet nach dem Ätzen das Gate. Als nächstes wird eine Photoresistschicht aufgebracht und belichtet. Die belichteten Bereiche werden weggeätzt, so dass die Transistorgates übrig bleiben. Als nächstes wird eine weitere Runde der Fotolithografie verwendet, um die Bereiche für die Transistor-Source- und -Drains zu maskieren. Ionenimplantation wird verwendet, um die Source- und Drain-Elektroden in den exponierten Bereichen zu erzeugen. Die Gateelektrode selbst wirkt als Maske für den Transistorkanal und stellt sicher, dass Source und Drain genau bis zum Rand der Gateelektrode dotiert sind. Dann wird der Wafer gebrannt, so dass sich die implantierten Ionen leicht unter der Gateelektrode hindurcharbeiten. Danach,

Ich habe ein paar anständige Videos ausgegraben, die in der Tat lehrreiche Videos und keine PR-Videos sind:

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

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

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