ทรานซิสเตอร์ทำด้วยกล้องจุลทรรศน์บนไมโครชิปทำอย่างไร

อะไรคือไมโครชิพที่มีขนาดเล็กอยู่แล้วในขณะที่มันสามารถใส่ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กลงในล้านในระดับไมโครได้? ดูเหมือนว่ามันจะเป็นความสำเร็จสำหรับเครื่องจักรที่จะทำให้บางสิ่งเล็ก ๆ และใช้งานได้ บางทีฉันอาจจะคิดมากเกินไปหรือขาดความเข้าใจ แต่วิธีนี้เป็นไปได้ที่จะสร้างทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กจนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่ทำหน้าที่อย่างไร เครื่องจักรอะไรที่สามารถทำได้ โดยเฉพาะในยุค 60

ไมโครชิปทำโดยใช้ขั้นตอนกระบวนการที่หลากหลาย โดยทั่วไปมีสององค์ประกอบหลักในแต่ละขั้นตอนคือการปิดบังพื้นที่เพื่อทำงานและจากนั้นดำเนินการบางอย่างในพื้นที่เหล่านั้น ขั้นตอนการพรางสามารถทำได้ด้วยเทคนิคต่าง ๆ ที่พบมากที่สุดเรียกว่า photolithography ในกระบวนการนี้แผ่นเวเฟอร์จะถูกเคลือบด้วยสารเคมีไวแสงบาง ๆ เลเยอร์นี้จะถูกเปิดเผยในรูปแบบที่ซับซ้อนมากซึ่งฉายออกมาจากหน้ากากที่มีแสงความยาวคลื่นสั้น ชุดของหน้ากากที่ใช้กำหนดการออกแบบชิปพวกเขาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดของกระบวนการออกแบบชิป ขนาดของคุณสมบัติที่สามารถฉายลงบนสารเคลือบโฟโตริสต์บนแผ่นเวเฟอร์จะถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นของแสงที่ใช้ เมื่อนักถ่ายภาพถูกเปิดเผยมันก็ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อแสดงพื้นผิวพื้นฐาน พื้นที่ที่เปิดรับแสงสามารถดำเนินการได้โดยกระบวนการอื่น ๆ เช่นการแกะสลักการฝังไอออน ฯลฯ หาก photolithography มีความละเอียดไม่เพียงพอก็มีเทคนิคอีกอย่างหนึ่งที่ใช้ลำอิเล็กตรอนที่เน้นในการทำสิ่งเดียวกัน ข้อได้เปรียบคือไม่จำเป็นต้องใช้มาสก์เนื่องจากมีการตั้งโปรแกรมรูปทรงเรขาคณิตไว้ในเครื่อง แต่จะช้ากว่ามากเมื่อคาน (หรือคานหลายอัน) ต้องติดตามคุณลักษณะแต่ละอย่างของแต่ละบุคคล

ทรานซิสเตอร์นั้นสร้างขึ้นจากหลายชั้น ชิปส่วนใหญ่ในวันนี้คือ CMOS ดังนั้นฉันจะอธิบายสั้น ๆ ถึงวิธีการสร้างทรานซิสเตอร์ MOSFET วิธีการนี้เรียกว่า 'ประตูที่จัดแนวตนเอง' (gate-aligned gate) เมื่อประตูถูกวางลงต่อหน้าแหล่งกำเนิด ขั้นตอนแรกคือการวางหลุมที่วางทรานซิสเตอร์ หลุมแปลงซิลิคอนเป็นชนิดที่ถูกต้องสำหรับการสร้างทรานซิสเตอร์ (คุณต้องสร้าง N channel MOSFET บนซิลิคอนชนิด P และ P channel MOSFET บนซิลิคอนชนิด N) สิ่งนี้ทำได้โดยการวางเลเยอร์ของ photoresist จากนั้นใช้การฝังไอออนเพื่อบังคับให้ไอออนเข้าไปในแผ่นเวเฟอร์ในบริเวณที่ถูกเปิดเผย จากนั้นเกตออกไซด์จะโตขึ้นบนแผ่นเวเฟอร์ บนชิปซิลิกอนออกไซด์ที่ใช้มักเป็นซิลิคอนไดออกไซด์ - แก้ว ทำได้โดยการอบชิปในเตาอบที่มีออกซิเจนที่อุณหภูมิสูง จากนั้นชั้นของโพลีซิลิคอนหรือโลหะจะถูกชุบลงบนส่วนบนของออกไซด์ เลเยอร์นี้จะสร้างประตูหลังจากที่ถูกสลัก ถัดไปชั้น photoresist จะถูกวางและสัมผัส บริเวณที่โล่งถูกแกะสลักออกจากประตูทรานซิสเตอร์ ถัดไปจะใช้ photolithography อีกรอบเพื่อปกปิดพื้นที่สำหรับแหล่งที่มาของทรานซิสเตอร์และท่อระบายน้ำ การฝังไอออนถูกใช้เพื่อสร้างแหล่งกำเนิดและระบายอิเล็กโทรดในพื้นที่ที่สัมผัส อิเล็กโทรดเกตทำหน้าที่เป็นหน้ากากสำหรับช่องทรานซิสเตอร์เพื่อให้แน่ใจว่าแหล่งกำเนิดและการระบายน้ำถูกตั้งตรงไปที่ขอบของอิเล็กโทรดเกต จากนั้นแผ่นเวเฟอร์จะถูกอบเพื่อให้อิออนที่ฝังเข้าไปทำงานภายใต้อิเล็กโทรดเกตเล็กน้อย หลังจากนี้,

ฉันขุดวิดีโอดี ๆ สองเรื่องที่เป็นวิดีโอเพื่อการศึกษาไม่ใช่วิดีโอประชาสัมพันธ์:

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

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

มันเป็นกระบวนการถ่ายภาพคล้ายกับกล้องฟิล์มที่มีขั้นตอนการรับแสงและการพัฒนาแยกจากกัน ไม่จำเป็นต้องพิมพ์คุณสมบัติตามขนาดจริง พวกเขาสามารถพิมพ์ได้ในขนาดที่สามารถจัดการและใช้เลนส์เพื่อโฟกัสภาพนั้นลงบนซิลิคอน