Làm thế nào là bóng bán dẫn siêu nhỏ trên vi mạch được thực hiện?

Làm thế nào một cái gì đó giống như một vi mạch vốn đã nhỏ vì nó có thể chứa các bóng bán dẫn nhỏ hơn trong hàng triệu ở quy mô vi mô như vậy? Nó có vẻ như là một kỳ công cho máy có thể làm cho một cái gì đó rất nhỏ và cũng có chức năng. Có thể tôi đang suy nghĩ quá mức về điều này hoặc thiếu hiểu biết, nhưng làm thế nào có thể tạo ra một bóng bán dẫn nhỏ đến mức không thể nhìn thấy bằng mắt thường mà chỉ có chức năng. Những gì máy có thể làm điều này? Đặc biệt là trong thập niên 60.

Vi mạch được thực hiện bằng cách sử dụng rất nhiều bước quy trình. Về cơ bản, có hai thành phần chính cho mỗi bước - che giấu các khu vực để hoạt động và sau đó thực hiện một số thao tác trên các khu vực đó. Bước mặt nạ có thể được thực hiện với một số kỹ thuật khác nhau. Phổ biến nhất được gọi là quang khắc. Trong quá trình này, wafer được phủ một lớp hóa chất nhạy sáng rất mỏng. Lớp này sau đó được phơi bày trong một mô hình rất phức tạp được chiếu ra từ mặt nạ với ánh sáng bước sóng ngắn. Bộ mặt nạ được sử dụng xác định thiết kế chip, chúng là sản phẩm cuối cùng của quy trình thiết kế chip. Kích thước tính năng có thể được chiếu lên lớp phủ quang học trên wafer được xác định bởi bước sóng của ánh sáng được sử dụng. Một khi chất quang dẫn được tiếp xúc, nó sẽ được phát triển để lộ bề mặt bên dưới. Các khu vực tiếp xúc có thể được vận hành bởi các quá trình khác - ví dụ như khắc, cấy ion, v.v ... Nếu quang khắc không có đủ độ phân giải, thì có một kỹ thuật khác sử dụng chùm electron tập trung để làm điều tương tự. Ưu điểm là không yêu cầu mặt nạ vì hình học được lập trình đơn giản vào máy, tuy nhiên nó chậm hơn nhiều vì chùm (hoặc nhiều chùm) phải tìm ra từng tính năng riêng lẻ.

Các bóng bán dẫn được xây dựng từ nhiều lớp. Hầu hết các chip ngày nay là CMOS, vì vậy tôi sẽ mô tả ngắn gọn cách xây dựng một bóng bán dẫn MOSFET. Phương pháp này được gọi là phương pháp 'cổng tự liên kết' khi cổng được đặt xuống trước nguồn và thoát nước để mọi sai lệch trong cổng sẽ được bù lại. Bước đầu tiên là đặt các giếng trong đó các bóng bán dẫn được đặt. Các giếng chuyển đổi silicon thành loại chính xác để xây dựng bóng bán dẫn (bạn cần xây dựng MOSFET kênh N trên silicon loại P và MOSFET kênh P trên silicon loại N). Điều này được thực hiện bằng cách đặt xuống một lớp quang học và sau đó sử dụng phương pháp cấy ion để buộc các ion vào wafer ở các khu vực tiếp xúc. Sau đó, cổng oxit được phát triển trên đỉnh của wafer. Trên chip silicon, oxit được sử dụng thường là silicon dioxide - thủy tinh. Điều này được thực hiện bằng cách nướng chip trong lò nướng với oxy ở nhiệt độ cao. Sau đó, một lớp polysilicon hoặc kim loại được mạ xuống trên lớp oxit. Lớp này sẽ tạo thành cổng sau khi nó được khắc. Tiếp theo, một lớp quang học được đặt xuống và tiếp xúc. Các khu vực tiếp xúc được khắc đi, để lại các cổng bán dẫn. Tiếp theo, một vòng quang khắc khác được sử dụng để che dấu các vùng cho các nguồn và cống của bóng bán dẫn. Cấy ion được sử dụng để tạo ra các nguồn và thoát điện cực trong các khu vực tiếp xúc. Bản thân điện cực cổng hoạt động như một mặt nạ cho kênh bóng bán dẫn, đảm bảo rằng nguồn và cống được pha tạp chính xác đến cạnh của điện cực cổng. Sau đó, wafer được nướng để các ion được cấy hoạt động theo cách của chúng dưới điện cực cổng. Sau đây,

Tôi đã đào một vài video hay trong thực tế là các video giáo dục chứ không phải các video PR:

http://www.youtube.com/watch?v=35jWSQXku74

http://www.youtube.com/watch?v=z47Gv2cdFtA

Đó là một quá trình chụp ảnh, theo một số cách tương tự như máy ảnh phim với các bước phát triển và phơi sáng riêng biệt. Họ không phải in các tính năng ở kích thước thực tế; họ có thể in chúng ở kích thước mà họ có thể xử lý và sử dụng ống kính để tập trung hình ảnh đó vào silicon.