Halbleiter sind ein allgegenwärtiges Element der modernen Technologie. Gemessen an ihrer Fähigkeit, Elektrizität 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, einschließlich Germanium, Galiumarsenid und mehreren Indiumverbindungen wie Indiumantimonid und Indiumphosphid. Das beliebteste Basismaterial ist Silizium wegen seiner geringen Herstellungskosten, der einfachen Verarbeitung und des Temperaturbereichs.
Am Beispiel von Silizium beginnt der Halbleiterherstellungsprozess mit der Herstellung von Siliziumwafern. Zunächst wird das Silizium mit einer diamantbestückten Säge in runde Wafer geschnitten. Diese Wafer werden dann 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. Chips sind auf der glatten Seite aufgebaut.
Auf die polierte Seite des Siliziumwafers wird eine Schicht aus Siliziumdioxidglas aufgebracht. Diese Schicht leitet keinen Strom, hilft aber, das Material für die Photolithographie vorzubereiten. Der Herstellungsprozess trägt auch Schichten von Schaltungsmustern auf den Wafer auf, nachdem er mit einer Schicht aus Photoresist, einer lichtempfindlichen Chemikalie, beschichtet wurde. Dann wird Licht durch ein Fadenkreuz und eine Linsenmaske gestrahlt, so dass das gewünschte Schaltungsmuster auf den Wafer gedruckt wird.
Die Photoresiststrukturierung wird unter Verwendung einer Reihe von organischen Lösungsmitteln, die in einem als Veraschung bezeichneten Prozess miteinander vermischt werden, weggewaschen. Das Verfahren führt zu einem Wafer, der dreidimensionale (3D) ist. Anschließend wird der Wafer mit Nasschemikalien und Säuren gewaschen, um Verunreinigungen und Rückstände zu entfernen. Durch Wiederholen des gesamten Photolithographieprozesses können mehrere Schichten hinzugefügt werden.
Nach dem Aufbringen der Schichten werden Bereiche des Siliziumwafers Chemikalien ausgesetzt, um sie weniger leitfähig zu machen. Dies geschieht unter Verwendung von Dotierungsatomen, um Siliziumatome in der ursprünglichen Struktur des Wafers zu verdrängen. Es ist schwierig zu kontrollieren, wie viele Dotierungsatome in einen Bereich implantiert werden.
Die letzte Aufgabe im Halbleiterfertigungsprozess ist die Beschichtung der gesamten Waferoberfläche mit einer dünnen Schicht aus leitfähigem Metall. In der Regel wird Kupfer verwendet. Die Metallschicht wird dann poliert, um unerwünschte Chemikalien zu entfernen. Sobald der Halbleiterherstellungsprozess abgeschlossen ist, werden die fertigen Halbleiter gründlich getestet.