In einem meiner Kurse haben wir die Lithographie überflogen, aber hauptsächlich die optische Seite der Dinge (die Beugungsgrenze, das Eintauchen in Flüssigkeiten zur Vergrößerung des Einfallswinkels usw.).
Ein Punkt, der nie behandelt wurde, ist, wie das Licht das Silizium tatsächlich dotiert und einen Transistor erzeugt. Ich habe versucht, im Netz herumzustolpern, aber jeder Artikel ist entweder zu weit 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, in Ermangelung eines besseren Begriffs?
Es gibt mehrere Schritte, aber der grundlegende Prozess besteht darin, dass Sie einen Fotolack verwenden.
Zu Beginn eines Prozessschrittes 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, das sich in einer dünnen Schicht von präziser Dicke ausbreitet. Dieses wird ausgehärtet und dann in eine photolitographische Maschine gegeben, die ein Bild auf den Wafer projiziert, das latente Bilder im Photoresist (AKA PR) hinterlässt.
Der PR wird entwickelt (einige Resists sind negativ und einige sind positiv, was bedeutet, dass die belichteten Bereiche bleiben oder die belichteten Bereiche eliminiert werden). Der Entwicklungsprozess entfernt die Teile des 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. 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 Implantationsschaden auszuheilen.
Zwischen den Lithoschritten befinden sich Abscheidungen, Aufwachsungen, Ätzungen, Nassbäder, Plasmabehandlungen usw.
Um den Schritt der Projektion (Bildgebung) näher auszuführen:
Das ursprüngliche Design eines Mikrochips wird mit anderen Mitteln (z. B. Elektronenmikroskopie) auf eine Glasplatte namens Retikel "gezeichnet" . Das Retikel wird mit Verkleinerung (z. B. 4-fache Verkleinerung in ASML-Maschinen) auf den Fotolack abgebildet, wodurch winzige Strukturen entstehen. Während alle Schritte bei der Herstellung eines Chips wichtig sind, ist dieser Abbildungsschritt entscheidend für die Definition der Qualität und der Strukturgröße des endgültigen Chips sowie hinsichtlich seiner Komplexität und Kosten.
Wenn Technologie mit Nanometern erwähnt wird, geht es um die kritische Dimension (kleinste Strukturgröße), die in diesem Schritt entsteht (sofern sie anschließend chemisch „bearbeitet“ werden kann). auf den Silizium-Atomdurchmesser von 0,2 nm. Je kleiner die kritische Dimension ist, desto schneller und energieeffizienter ist der Chip.
Gegenwärtige Photolithographiemaschinen verwenden DUV-Licht (tiefes Ultraviolett) mit einer Wellenlänge von 193 nm. Die Maschinen der nächsten Generation basieren auf EUV-Licht (extremes Ultraviolett) mit einer Wellenlänge von 13,5 nm und verwenden reine spiegelbasierte Optiken im Vakuum (weil Glas und sogar Luft EUV-Licht absorbieren).
Diese Webseite (Link gestohlen aus einer Antwort auf diese Frage ) zeigt die verschiedenen Schritte zum Erstellen eines Transistors auf einem Wafer. Sehr gut erklärt mit anschaulichen Illustrationen.
Ich denke, was Sie vermissen, ist, dass das Licht nicht direkt zum Dotieren des Siliziums verwendet wird, sondern zum Herstellen einer Maske, die den Teil des Siliziums schützt, der nicht dotiert werden muss. Das Dotieren selbst erfolgt, indem der ungeschützte Teil einem Gas ausgesetzt wird, das in das Silizium diffundiert.