Wie die Fotolithografie in die Halbleiterfertigung einfließt

Die Fotolithografie ist die bahnbrechende Technik zur Erzeugung funktionaler Muster auf verschiedenen Substraten. Die Präzisionsmikrofabrikation erfolgt oft in einem Maßstab und mit einem Durchsatz, der mit herkömmlichen Bearbeitungsmethoden nicht erreicht werden kann. Keine mechanischen Werkzeuge können Mikroelektronik für komplexe Geräte wie integrierte Schaltungen, optische Komponenten und Biosensoren ätzen. Die Fotolithografie hingegen ist für diese Aufgabe perfekt geeignet. 

Ein Überblick über die Halbleiterfertigung

Halbleitermaterialien bilden das Rückgrat der modernen Elektronik. Seit Mitte der 1960er Jahre haben Ingenieure Transistoren und mikroelektronische Elemente aus Silizium hergestellt. Silizium war damals ein neuartiges Material mit völlig einzigartigen Leiteigenschaften, das einen variablen Widerstand bot, um einen optimalen Stromfluss zu ermöglichen. Seither wurden verschiedene andere Halbleiter entwickelt, darunter Aluminiumnitrid, Germanium und Zinkoxid, die jedoch alle nach demselben Verfahren hergestellt werden. 

Ein Einkristallbarren wird nach der Czochralski-Methode oder vielleicht nach der Float-Zone-Technik epitaktisch gezüchtet, und die Wafer werden mechanisch herausgezogen. Im Folgenden wird ein allgemeiner Arbeitsablauf beschrieben, der zur Herstellung eines optimierten funktionalen Substrats verwendet werden kann:

1. Beginnen Sie mit der Reinigung der Wafer mit chemischen Mitteln, um eine Kontamination zu vermeiden.
2. Verwendung von Sputtering, Elektrodeposition oder chemischer Gasphasenabscheidung, um die Abscheidung von Dünnschichten auf dem Wafer zu unterstützen
3. Die Partikel werden durch eine Reinigung nach der Abscheidung mit Bürsten oder einem Nanospray entfernt.
4. Resist wird auf den Wafer aufgetragen und zu einer gleichmäßigen Schicht geschleudert
5. Ultraviolette Strahlung wird auf die Resistschicht angewendet, um eine strukturelle Veränderung zu erzeugen
6. Entwickler wird auf den Wafer gegeben, um den dünnen Film sichtbar zu machen
7. Beim Ätzen werden Chemikalien eingesetzt, um die Schicht aufzulösen.
8. Um dem Siliziumsubstrat halbleitende Eigenschaften zu verleihen, werden Verunreinigungen in die Wafer eingebracht
9. Wärme wird zur Aktivierung der implantierten Ionen verwendet
10. Resist wird dann mit Chemikalien oder durch Veraschung entfernt.
11. Der Wafer wird zu einem Produkt zusammengesetzt

Wie wird die Fotolithografie in der Halbleiterfertigung eingesetzt?

Der Hauptzweck der Halbleiterlithografie besteht darin, ein Muster auf die Oberfläche eines Wafers zu bringen. Wenn Sie versuchen, sich an den Zweck zu erinnern, denken Sie an die Wurzeln des Namens, "lithos" und "grapha", was so viel wie "auf einen Stein schreiben" bedeutet.

Mit Hilfe eines Beschichtungs-, Belichtungs- und Entwicklungsprozesses kann ein Muster perfekt geätzt werden und zu einer höheren Auflösung von Miniatur-Halbleitern beitragen. Der Prozess läuft wie folgt ab:

1.       Das Substrat wird mit einem lichtbeständigen Material vorbereitet, um eine Schicht zu erzeugen
2.       Bildgebende Systeme und Fotolithografie werden eingesetzt, um ein Substrat und eine Fotomaske unter UV-Licht auszurichten und ein einzigartiges Muster zu erzeugen.
3.       Ein endgültiges Muster wird durch Nachbacken und Hartbacken sichtbar, bevor das lichtbeständige Material aufgelöst wird.

Wenn Sie die Fotolithografie in kleinerem Maßstab einsetzen wollen, können Sie die Immersionslithografie verwenden, um ein kleineres technologisches Produkt herzustellen. Dabei wird gereinigtes Wasser mit einem Brechungsindex von 1,44 in die Zwischenräume des Wafers gepresst, wodurch es im Wesentlichen zu einer Linse wird. Auf diese Weise lassen sich Halbleiter mit einer Größe von weniger als 40 Nanometern herstellen:

Um ein intrinsischeres Muster zu erzeugen, kann auch die Mehrfachstrukturierung verwendet werden, um ein Schaltkreismuster zu unterteilen und eine Dichte zu erzeugen, die niedrig genug ist, um in das System gedruckt zu werden. Beide Arten der Lithografie können in Verbindung mit der Halbleiterfertigung eingesetzt werden.

Sind Sie bereit für den Einsatz der Fotolithografie in der Halbleiterfertigung?

Fotolithografie bietet eine fantastische Möglichkeit, unglaublich komplizierte Schaltkreismuster auf einem Halbleiter zu erzeugen. Das macht sie nicht nur präziser, wenn sie optisch übertragen werden, sondern das Ätzverfahren ermöglicht auch eine perfekte Ausrichtung auf dem Wafer, selbst wenn sie in Massenproduktion hergestellt werden.

Jetzt, da die Technologien immer fortschrittlicher werden und ein größerer Bedarf an Miniaturisierung und Mehrfachstrukturierung besteht, um fortschrittliche Systeme zu schaffen, sollten Sie die Einbeziehung der Photolithographie in Ihre Halbleiterfertigung in Betracht ziehen.

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