Wie wird Lithographie tatsächlich zum "Drucken" von Transistoren verwendet?

In einer meiner Klassen haben wir die Lithographie überflogen, aber hauptsächlich die optische Seite (Beugungsgrenze, Eintauchen in Flüssigkeit, um den Einfallswinkel zu vergrößern usw.).

Ein Punkt, der nie behandelt wurde, ist, wie das Licht das Silizium tatsächlich dotiert und einen Transistor erzeugt. Ich habe versucht, im Internet herumzustolpern, aber jeder Artikel ist entweder viel über meinem Kopf oder viel zu vage.

Kurz gesagt, wie führt ein fokussierter Lichtstrahl, der auf eine Verbindung wie Silizium gerichtet ist, zu einem "gedruckten" Transistor, da es keinen besseren Begriff gibt?

Es gibt mehrere Schritte, aber der grundlegende Prozess besteht darin, dass Sie einen Fotolack verwenden.

Zu Beginn eines Prozessschritts wird ein Fotolack auf den Wafer "aufgeschleudert". Es ist eine sehr wörtliche Sache, sie drehen den Wafer, während sie das Polymer auf die Oberfläche tropfen, die sich zu einer dünnen Schicht mit präziser Dicke ausbreitet. Dieses wird ausgehärtet und dann in eine fotolitografische Maschine gegeben, die ein Bild auf den Wafer projiziert, das latente Bilder im Fotolack (AKA PR) hinterlässt.

Die PR wird entwickelt (einige Resists sind negativ und andere positiv, was bedeutet, dass die exponierten Bereiche bleiben oder die exponierten Bereiche eliminiert werden). Der Entwicklungsprozess entfernt die Teile der PR, die entfernt werden sollen, und hinterlässt das gewünschte Muster.

Der PR kann Bereiche definieren, die geätzt (entfernt) werden, oder Fenster, durch die Ionen implantiert werden. Das Implantieren ist der Prozess, durch den das Si dotiert wird.

Sobald der Bereich implantiert ist, wird der verbleibende PR entfernt und der Wafer wird thermisch behandelt, um den Implantatschaden zu glühen.

Zwischen den Lithoschritten befinden sich Ablagerungen, Wucherungen, Ätzungen, Nassbäder, Plasmabehandlungen usw.

So erläutern Sie den Projektionsschritt (Bildgebung):

Das ursprüngliche Design eines Mikrochips wird auf andere Weise (z. B. Elektronenmikroskopie) auf eine Glasplatte "gezeichnet", die als Fadenkreuz bezeichnet wird . Das Fadenkreuz wird mit Reduktion (z. B. 4-fache Reduktion bei ASML-Maschinen) auf dem Fotolack abgebildet, wodurch winzige Strukturen entstehen. Während alle Schritte bei der Herstellung eines Chips wichtig sind, ist dieser Bildgebungsschritt entscheidend für die Definition der Qualität und der Strukturgröße des endgültigen Chips sowie für dessen Komplexität und Kosten.

Wenn Technologie mit Nanometern erwähnt wird, handelt es sich um die kritische Dimension (kleinste Strukturgröße), die in diesem Schritt erzeugt wird (vorausgesetzt, sie kann dann chemisch "verarbeitet" werden. Derzeit liegt sie bei etwa 20 nm (vergleiche mit der Wellenlänge des sichtbaren Lichts von 500 nm und) auf den Siliziumatomdurchmesser von 0,2 nm). Je kleiner die kritische Dimension ist, desto schneller und energieeffizienter ist normalerweise der Chip.

Aktuelle Fotolithografiemaschinen verwenden DUV-Licht (Deep Ultraviolet) mit einer Wellenlänge von 193 nm. Die Maschinen der nächsten Generation werden auf EUV-Licht (extremes Ultraviolett) mit einer Wellenlänge von 13,5 nm basieren und im Vakuum eine reine spiegelbasierte Optik verwenden (da Glas und sogar Luft EUV-Licht absorbieren).

Diese Webseite (Link aus einer Antwort auf diese Frage gestohlen ) zeigt die verschiedenen Schritte zum Erstellen eines Transistors auf einem Wafer. Sehr gut erklärt mit klaren Abbildungen.

Ich denke, was Ihnen fehlt, ist, dass das Licht nicht direkt zum Dotieren des Siliziums verwendet wird, sondern zur Herstellung einer Maske, die den Teil des Siliziums schützt, der nicht dotiert werden muss. Die Dotierung selbst erfolgt, indem der ungeschützte Teil etwas Gas ausgesetzt wird, das im Silizium diffundiert.