Den Halbleiterherstellungsprozess verstehen:Von den Materialien bis zum Endprodukt

Halbleiter sind ein allgegenwärtiges Element der modernen Technologie. Gemessen an ihrer Fähigkeit, Strom zu leiten, liegen diese Geräte zwischen Vollleitern und Isolatoren. Sie werden als Teil einer digitalen Schaltung in Computern, Radios, Telefonen und anderen Geräten verwendet.

Der Halbleiterherstellungsprozess beginnt mit dem Grundmaterial. Halbleiter können aus einem von einem Dutzend solcher Materialien hergestellt werden, darunter Germanium, Galiumarsenid und mehrere Indiumverbindungen wie Indiumantimonid und Indiumphosphid. Das beliebteste Grundmaterial ist Silizium aufgrund seiner geringen Produktionskosten, der einfachen Verarbeitung und des Temperaturbereichs.

Am Beispiel von Silizium beginnt der Halbleiterfertigungsprozess mit der Herstellung von Siliziumwafern. Zunächst wird das Silizium mit einer diamantbestückten Säge in runde Wafer geschnitten. Anschließend werden diese Wafer nach Dicke sortiert und auf Beschädigungen überprüft. Anschließend wird eine Seite des Wafers chemisch geätzt und spiegelglatt poliert, um alle Verunreinigungen und Beschädigungen zu entfernen. Auf der glatten Seite entstehen Späne.

Auf die polierte Seite des Siliziumwafers wird eine Schicht aus Siliziumdioxidglas aufgetragen. Diese Schicht leitet keinen Strom, hilft aber dabei, das Material für die Fotolithographie vorzubereiten. Beim Herstellungsprozess werden auch Schichten von Schaltkreismustern auf den Wafer aufgebracht, nachdem er mit einer Schicht Fotolack, einer lichtempfindlichen Chemikalie, überzogen wurde. Anschließend wird Licht durch ein Retikel und eine Linsenmaske gestrahlt, sodass das gewünschte Schaltkreismuster auf den Wafer gedruckt wird.

Die Fotolackstruktur wird mit einer Reihe organischer Lösungsmittel, die in einem als Veraschung bezeichneten Prozess vermischt werden, weggewaschen. Der Prozess führt zu einem Wafer, der dreidimensional (3D) ist. Anschließend wird der Wafer mit Nasschemikalien und Säuren gewaschen, um etwaige Verunreinigungen und Rückstände zu entfernen. Durch Wiederholen des gesamten Fotolithographieprozesses können mehrere Schichten hinzugefügt werden.

Nach dem Aufbringen der Schichten werden Bereiche des Siliziumwafers Chemikalien ausgesetzt, um sie weniger leitfähig zu machen. Dies geschieht durch Dotierungsatome, die Siliziumatome in der ursprünglichen Waferstruktur verdrängen. Es ist schwierig zu kontrollieren, wie viele Dotierungsatome in einem Bereich implantiert werden.

Die letzte Aufgabe im Halbleiterherstellungsprozess besteht darin, die gesamte Waferoberfläche mit einer dünnen Schicht aus leitendem Metall zu überziehen. Üblicherweise wird Kupfer verwendet. Anschließend wird die Metallschicht poliert, um unerwünschte Chemikalien zu entfernen. Sobald der Halbleiterherstellungsprozess abgeschlossen ist, werden die fertigen Halbleiter gründlich getestet.

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