Halbleitertechnologie
Die Halbleiterphysik sagt, was ein Bauelement braucht, die Rubrik Halbleiterbauelemente, wie es aufgebaut ist. Diese Rubrik beschreibt, wie man es herstellt: welche Prozessschritte es gibt, was jeder davon kann und wo er an Grenzen stößt. Die Rubrik baut gerade erst auf. Die Artikel erscheinen nach und nach.
Nicht verwechseln: Die Rubrik Fertigung behandelt 3D-Druck und Laserschneiden in der Werkstatt, hier geht es um die Chipfertigung im Reinraum.
Die Prozessschritte
Ein Chip entsteht, indem man dieselben wenigen Grundschritte viele Male wiederholt, jedes Mal mit einer anderen Maske. Ein moderner CMOS-Prozess braucht 30 bis 60 Masken, ein BCD-Prozess eher mehr.
| Schritt | Was er macht | Themen |
|---|---|---|
| Wafer und Kristall | Einkristall ziehen, Scheiben sägen und polieren, Orientierung (100) oder (111) | Ausgangsmaterial, Epitaxie |
| Oxidation | Silizium zu SiO₂ umwandeln: Gateoxid, Feldoxid, Maskierung | Deal-Grove-Modell |
| Lithografie | Muster vom Retikel in den Fotolack übertragen | Auflösung, Belichtungswellenlänge, Justage |
| Ätzen | Muster vom Lack in die Schicht darunter übertragen, nass oder im Plasma | Anisotropie, Selektivität |
| Ionenimplantation | Dotieratome mit festgelegter Dosis und Tiefe einschießen | Reichweite, Profil, Schäden, Channeling, mit Monte-Carlo-Rechner; die Anlage folgt |
| Diffusion | Dotierung bei hoher Temperatur umverteilen | Fick'sche Gesetze, thermisches Budget |
| Abscheidung | Schichten aufbringen: Polysilizium, Nitrid, Oxid, Metall (CVD, PVD, ALD) | Konformität, Spannung in der Schicht |
| Planarisierung | Oberfläche chemisch-mechanisch einebnen (CMP) | Dishing, Erosion |
| Metallisierung | Aluminium- oder Kupferverdrahtung, Kontakte, Durchkontakte | Damascene-Prozess |
Prozessintegration
Wie die Schritte zu einem Prozess zusammengesetzt werden, ist ein eigenes Thema: Isolation der Transistoren (LOCOS gegen STI), Wannen, Gatestapel, LDD und Spacer, Silizid, die Reihenfolge der Temperaturschritte. Geplant sind ein durchgehender CMOS-Ablauf und die Erweiterung zum BCD-Prozess mit Bipolartransistoren und LDMOS. Dazu kommen Themen aus der Praxis: dual dotiertes Polysilizium, der vergrabene Kanal des PMOS und der Bordurchgriff durch das Gateoxid samt Stickstoff als Gegenmittel.
Wo die Technologie schon vorkommt
Einige Artikel der anderen Rubriken berühren die Herstellung bereits:
- Dotierung: wie Fremdatome die Leitfähigkeit einstellen
- Millersche Indizes: Kristallebenen und Wafer-Orientierung
- DMOS: der kurze Kanal aus zwei Diffusionen statt aus der Lithografie
- LDMOS: STI gegen LOCOS, Rasterweite, RESURF-Dosis
- Elektromigration: was Aluminium und Kupfer in der Verdrahtung aushalten
Seiten in diesem Bereich
Ionenimplantation: wie Dotieratome ins Silizium geschossen werden Fortgeschritten
Ionenimplantation vom Strahl bis zum Profil: Dosis aus dem Strahlstrom, nukleare und elektronische Bremsung, Reichweite und Streuung, Gauß- und Pearson-Profile, Stoßkaskaden und Gitterschäden, Kippwinkel und Channeling. Mit eigener Monte-Carlo-Rechnung im Browser: Animation der Ionenbahnen samt angestoßener Atome und Profilrechner.