Halbleiter-Photolithographie

Der grundlegende Prozess der Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) hängt von Musterübertragungstechniken ab, die in der Fotolithografie enthalten sind. Die IC-Industrie stützt sich auf drei Hauptprozesse: Metallabscheidung, Strukturierung und selektive Dotierung. 

So können Speicherchips, Mikrochips, Leiterplatten und Mikroprozessoren auf einer Halbleiteroberfläche hergestellt werden. Innerhalb eines Halbleiters werden Leiter und Isolatoren verwendet, um entweder Verbindungen oder isolierte Bereiche zu schaffen. Gemusterte Elektrodendesigns innerhalb eines elektronischen Geräts erzeugen ungleichmäßige elektrische Felder. Da sich die elektrischen Felder zerstreuen, kann eine niedrigere Spannung angelegt werden, was wiederum den erforderlichen Stromverbrauch senkt.  

Metallabscheidung 

Die Abscheidung von Metallschichten wird für die Herstellung von elektrischen Bauteilen und Sensorschichten verwendet. Durch Metallabscheidung können strukturelle, Opfer-, leitende und isolierende Schichten erzeugt werden. So wird beispielsweise Siliziumdioxid sowohl als Opferschicht als auch als Maskierungsmaterial verwendet. Die Schichtdicke, die sich bei der Metallabscheidung ergibt, wird durch die Menge des Materials bestimmt, das mit dem Substratmaterial reagiert und darauf wächst. Zu den wichtigsten Parametern, die das Schichtwachstum beeinflussen, gehören die Temperatur und die Abscheidungszeit. Die thermische Oxidation wird verwendet, um eine gleichmäßige Schicht aus Siliziumdioxid auf einem Si-Substrat zu erzeugen. Die Länge des Sauerstoffs (O₂) bestimmt die Dicke der Oxidschicht, wobei eine längere Einwirkungsdauer zu einer dickeren Schicht führt. Hohe Temperaturen bewirken eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit. Es ist wichtig zu beachten, dass bei der Bildung einer Oxidschicht ein Teil des darunter liegenden Siliziums verbraucht wird. Während der Oxidation werden etwa 45% Si verbraucht. Die Oxiddicke steht auch in direktem Zusammenhang mit der Farbe der Si-Wafer. Zur Anzeige der Oxiddicke wird in der Regel eine Farbtafel verwendet.  

Musterung 

Die Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat erfordert eine kürzere Wellenlänge des Lichts, die derzeit in der Photolithographie der nächsten Generation. Mikrochips bestehen aus winzigen Schaltkreiskomponenten, die auf einen Halbleiter wie Silizium aufgebracht sind. Transistoren werden auf ein Substrat aufgebracht und dienen als Schalter und Verstärker. Zu den häufigsten Arten von Mikrochips gehören Logik- und Speicherchips. Die Chips werden häufig nach ihren entsprechenden Funktionen gruppiert. Logikchips verarbeiten Informationen, während Speicherchips Informationen speichern. Die Herstellung dieser Mikrochips erfolgt durch Fotolithografie. Bei der Fotolithografie wird die Oberfläche eines Substrats gereinigt, durch Schleudern mit einem Fotolack beschichtet, mit einer Fotomaske bedeckt, mit UV-Licht belichtet und in einem Lösungsmittel entwickelt, um ein Muster zu erzeugen.

Selektives Doping 

Bei der Halbleiterdotierung wird die Leitfähigkeit eines Materials verändert. Dies kann durch Diffusion oder Ionenimplantation erreicht werden. Die Art der Dotierung wird anhand der Anzahl der Valenzelektronen (Außenelektronen) bestimmt. Bei der p-Dotierung gibt es drei Valenzelektronen, während bei der n-Dotierung fünf Valenzelektronen vorhanden sind. Beide Arten der Dotierung werden verwendet, um die Leitfähigkeit des Halbleiters entweder durch eine Erhöhung der freien Elektronen (n-Typ) oder der Anzahl der Löcher (p-Typ) zu erhöhen. In Kombination wird ein p-n-Übergang gebildet, der zur Steuerung des Ladungsflusses dient. Silizium ist ein gängiges Substratmaterial, da es sich durch Mischen mit anderen leitenden Metallen manipulieren lässt.  

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