Ich habe mich mit Halbleiter Herstellungsprozessen bisher nie beschäftigt, nun will ich aber zumindest in Grundzügen verstehen, wie ein Chip gefertigt wird. Bitte meine laienhaften Fragen daher zu entschuldigen! Bei der Herstellung eines pnp Übergangs müssen die entsprechen Stellen p oder n dotiert werden. Ich beziehe mich auf das Bild: https://de.wikipedia.org/wiki/Bipolartransistor#/media/File:Bipolar_Junction_Transistor_NPN_Structure_integrated_vertical.png Ich kann mir noch nicht vorstellen, wie das technisch funktioniert. Meine Ideen/Fragen sind: 1) Ist der Wafer (der Einkristall aus der Zonenschmelze) i.A. schon p dotiert oder weitgehend reines Si ? 2) Lithographisch wird Fotolack aufgebracht und die SiO2 Schicht mit Flusssäure weggeätzt. Nun liegt der entsprechende Ausschnitt blank. Im Bild wäre das das rosa p-Substrat. Wie macht man da nun die blaue n-Schicht hinein (eigentlich sind es ja zwei, eine hell und eine dunkelblaue, aber das sind schon Details)? Wird das bereits vorliegende p-Material solange mit 5-wertigen Ionen beschossen, bis es in Summe n-Leitend ist? Das würde aber heißen, dass 3-wertige Akzeptoren und 5-wertige Donatoren gleichzeitig vorhanden sein müssen. Da letzere in der Überzahl sind, überwiegt die n-Leitung. Sehe ich das richtig? Das wäre dann einmal der Kollektor (n) 3) Um auf der blauen Schicht wiederum eine rote Schicht (Basis) zu erzeugen, muss alles bis auf die umzuwandelnde Fläche neuerlich mit Fotolack beschichtet werden. Dann wird die freie Fläche so lange mit 3-wertgen Ionen beschossen, bis sich das n in ein p-Material umwandelt? 4) Zu guter letzt wird dann auf der roten Schicht eine kleine Fläche (Emitter) wiederum in ein n Material umgewandelt ? Ich habe ein Vorstellungsproblem mit den "Umwandlungen", da ja als Zwischenschritt zb. ein blauer Block in das Substrat eingebaut wird, in welchen wiederum eine rote Wanne und in die wieder eine blaue Wanne kommt. Wie geht das? Ich hoffe die Frage ist nicht zu dumm... Weiters frage ich mich, wie man bei mehrmaligem Belichten des Wafers (Fotolack) eine so genaue Ausrichtung erzielen kann. Wenn überhaupt, müsste müsste das ja unter dem Mikroskop erfolgen. Vielleicht kann mich da jemand auf Vordermann bringen. Liebe Grüße Michael
Du musst den Halbleiter, um ihn zu dotieren, nicht unbedingt mit Fremdatomen beschießen, sondern kannst z.B. auch direkt Si-Atome in P-Atome umwandeln. Das geschieht durch Neutroneneinfang (NTD Neutron Transmutation Doping). Damit bekommt man sehr homogene Dotierungen hin. Bei der Massenherstellerung wird das Verfahren IMHO allerdings aus Kostengründen nicht eingesetzt
Hallo, > Michael W. schrieb: > Ich habe ein Vorstellungsproblem mit den "Umwandlungen", da ja als > Zwischenschritt zb. ein blauer Block in das Substrat eingebaut wird, in > welchen wiederum eine rote Wanne und in die wieder eine blaue Wanne > kommt. Wie geht das? Ich hoffe die Frage ist nicht zu dumm... tatsächlich wird das nacheinander gemacht. In dem Link von hinz ist es ganz gut bechrieben. Natürlich hat man erstmal hochreines einkristallines Si als Ausgangsmat. Für einen npn-Trans. wird eine recht tiefe n-Wanne für den Kollektor dotiert. Dann dotiert man eine kleinere p-Wanne für die Basis darüber und zuletzt die ganz kleine n-Wanne für den Emitter. Das dotieren macht man mit Gasen. Wie tief die jeweilige Wanne wird und wieviel n-Dotierungen oder p-Dotierungen man da rein bekommt, wird durch die Prozessparameter eingestellt. -> Temperatur, Gasdruck, Konzentration des Dotierungsstoffes, Einwirkzeit usw. Gruß Öletronika
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> hinz schrieb: > Aua! Was gefällt dir daran nicht? Die gezogenen "Einkristalle", aus denen die Wafer geschnitten werden, bezeichnet man im allg. als "hochrein", auch wenn es schon eine Vordotierung hat.
U. M. schrieb: > auch wenn es schon eine > Vordotierung hat. Soweit ich mich noch an Details aus meiner Ausbildung erinnere: Ob das Grundsubstrat bei bestimmten Verfahren vordotiert wird, weiß ich nicht, möglich wärs, wenn es Sinn macht. Dotieres Material ist ein Halbleiter, undotiertes Silizium dagegen ein Isolator. Letzter Stand: Dotiert wird mit Fremdatomen die das Silizium im Vakuum verunreinigen, das sich dann auf dem Substrat niederschlägt. Je nach Verunreinigung wird daraus eine P- oder N-Schicht. Strukturen werden dann Lithografisch erzeugt und weg geätzt. Mit der Verwendung dabei von Gasen oder Ionenstrahlung kann ich nichts anfangen, aber das ist auch schon lange her. Mit dem Stand aktueller Verfahren bin ich sowieso nicht vertraut. Das mit der Lithographie ist ja schon beschrieben worden.
nemesis... schrieb: > U. M. schrieb: >> auch wenn es schon eine >> Vordotierung hat. > Dotieres Material ist ein Halbleiter, undotiertes Silizium dagegen > ein Isolator. Die Grenze zwischen Halbleiter und Isolator ist fließend. In all meinen Büchern ist reines Silizium aber ganz klar als Halbleiter definiert.
Hallo Michael, zu 1) meistens werden Czochralski Wafer verwendet. Material, was aus dem Zonenschmelzen kommt, wird meist nur in Anwendungen für sehr hohe Reinheitsanforderungen verwendet. Dotierte Wafer werden mit allen möglichen Dotierstoffkonzentrationen hergestellt und entweder beim Wachstum oder als einzelne Wafer danach dotiert. zu 2) Michael W. schrieb: > Das würde aber heißen, dass 3-wertige Akzeptoren und > 5-wertige Donatoren gleichzeitig vorhanden sein müssen. Da letzere in > der Überzahl sind, überwiegt die n-Leitung. Das ist prinzipiell kein Problem, da sich die Dotierkonzentration über 5-6 Größenordnungen einstellen lässt. Es gibt bei der Prozessierung zwei praktisch wichtige Dotierarten, Dotierung über Eindiffusion und Ionenimplantation (siehe Wikipedia). Neutronentransmutation beschränkt sich meines Wissen auf Spezialbereiche wie bspw. die Hochenergietechnik. zu 3,4) Ja Michael W. schrieb: > Weiters frage ich mich, wie man bei mehrmaligem Belichten des Wafers > (Fotolack) eine so genaue Ausrichtung erzielen kann. Wenn überhaupt, > müsste müsste das ja unter dem Mikroskop erfolgen. Genau. Für so etwas gibt es Ausrichtungsmarken auf den Masken an denen der Wafer zur Maske und damit die einzelnen Lithographielagen ausgerichtet werden. nemesis... schrieb: > Dotieres Material ist ein Halbleiter, undotiertes Silizium dagegen > ein Isolator. Silizium ist ein Halbleiter, ob dotiert oder nicht. Ohne beabsichtigte Dotierung ist es bei Raumtemperatur eher hochohmsch, mit Dotierung lässt sich die Leitfähigkeit über >6 Größenordungen einstellen.
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