Während des Oxidationsschritts bildet sich auf der Oberfläche des Wafers eine Oxidschicht (SiO₂). Der Wafer ist das wichtigste Material bei der Halbleiterverarbeitung. Die Oxidschicht schützt die Oberfläche des Wafers vor Verunreinigungen. Im nächsten Schritt wird die Halbleiterschaltung entworfen.

Wie sieht der Schaltkreis in einem Halbleiterchip aus? Lasst uns gemeinsam lernen!

Mikrohalbleiterchips enthalten Tausende bis Millionen elektronischer Komponenten (Dioden, Transistoren, Kondensatoren, Widerstände). Wie werden diese integrierten Halbleiterschaltkreise hergestellt? Lassen Sie uns zunächst einen Blick auf die Geschichte der Halbleiterentwicklung werfen.

Transistoren: Wo die elektronische Revolution begann

Im Jahr 1947 erfanden Forscher der Bell Laboratories, der zentralen Forschungseinrichtung des größten Telekommunikationsunternehmens der Vereinigten Staaten, American Telephone and Telegraph (AT&T), den Transistor. Diese Erfindung wurde zunächst „Verstärker“ genannt und später in Transistor umbenannt.

Transistoren entwickelten sich schnell zu Kernkomponenten elektronischer Produkte. Mit dem technologischen Fortschritt erhielten elektronische Produkte jedoch immer mehr Funktionen. Dies führte zu einem exponentiellen Wachstum der Anzahl der zu verbindenden Komponenten – von Transistoren und Widerständen bis hin zu Dioden und Kondensatoren. Diese Kontaktpunkte waren auch die Ursache für die meisten Produktfehler.

1958 entwickelte der Ingenieur Jack Kilby von Texas Instruments (TI) eine Lösung. Komplexe elektronische Komponenten würden miniaturisiert und dann als Schaltkreise auf eine kleine Oberfläche gedruckt. Diese Schaltkreise würden übereinander gestapelt, wodurch integrierte Schaltkreise (ICs) entstehen.

Integrierte Schaltkreise (ICs): Eine Revolution in der Elektronik

Transistoren, Widerstände, Dioden und Kondensatoren, aus denen integrierte Halbleiterschaltkreise (ICs) bestehen, sind miteinander verbunden, um elektrische Signale zu berechnen und zu speichern.

Schauen wir uns die Funktion der einzelnen Komponentenklassen genauer an. Transistoren fungieren als Schalter zum Öffnen und Schließen der Stromversorgung, während Kondensatoren Ladungen speichern. Widerstände regulieren den Strom und Dioden sorgen für die Signalgleichmäßigkeit.

Integrierte Halbleiterschaltkreise werden durch die Integration aller Schaltkreiskomponenten in komplizierte und komplexe Mehrschichtmuster hergestellt. Diese komplizierten Schaltkreise lassen sich nicht manuell zeichnen, daher wird eine Methode verwendet, die der Entwicklung fotografischer Bilder ähnelt.

Die Entwicklung integrierter Schaltkreise stimulierte den Fortschritt der Halbleiterindustrie. Der Übergang von der manuellen Verbindung einzelner Komponenten zu integrierten Schaltkreisen bedeutete kleinere Produktformfaktoren und einen geringeren Stromverbrauch, während gleichzeitig eine schnellere Datenverarbeitung erreicht wurde. Durch den Einsatz der Fotolithografie-Technologie waren Halbleiter-ICs zuverlässig und für die Massenproduktion von Vorteil.

In den 1960er Jahren entwickelten der verstorbene koreanisch-amerikanische Ingenieur Dr. Dawon Kahng bei Bell Labs und Martin Atalla den MOS-FET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Von da an erlebten integrierte Schaltkreise ihren großen Durchbruch.

MOS-FET löste die Einschränkungen herkömmlicher Bipolartransistoren, die schwierig herzustellen waren und viel Strom verbrauchten.

In 60 Jahren haben sich Halbleiter von Transistoren zu integrierten Schaltkreisen und MOS-FETs weiterentwickelt. Weitere Innovationen in der Zukunft sind spannend und werden erwartet. 

Im nächsten Artikel stellen wir vor, wie diese kompliziert gestalteten Schaltkreise mithilfe von Ätzverfahren auf Wafer übertragen werden.