Ätzendes Verfahren Was ist ein Die?

Siliziumwafer sind heute die Grundlage der meisten Mikrochips. Deren funktionale Struktur, die integrierte Schaltung, die mit Hilfe von Ätz- und Beschichtungsverfahren aufgebracht wird, beziehungsweise ein einzelnes, ungehäustes Stück des Halbleiter-Wafers bezeichnet man als Die, englisch für „Würfel“, „Plättchen“. Der deutsche Plural lautet „Dies“; der englische: dice oder dies.

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Am Anfang jedes Chips steht eine schillernde, blanke Scheibe aus Silizium, der Wafer. Darauf ist eine Oxidschicht aufgebracht, die die leitenden Schichten vom Silizium isoliert. Auf diese folgt eine etwa 100 Nanometer dicke, weitere Siliziumschicht.

Dieses 'Sandwich' muss nun einiges über sich ergehen lassen. Als erstes wird eine dünne Anpassungsschicht aus einem thermischen Oxid aufgebracht und darauf eine Nitridschicht.

Wafer werden bestrahlt

Darauf folgt ein Fotolack, der anschließend mit Hilfe einer Maske und UV-Licht bestrahlt wird. Durch die Bestrahlung werden belichtete Bereiche mittels eines Entwicklers löslich und dann entfernt.

Die überstehende Fotolackmasse wird mit Trockenätzen in die darunterliegende Siliziumschicht übertragen. Der Ätzvorgang stoppt an der unterlegten Isolatorschicht.

Darauf folgt eine Reihe unterschiedlicher, mit höchster Genauigkeit auszuführender Prozessschritte, Mehrfach werden Bereiche beschichtet und diese Beschichtungen wieder teils entfernt. Durch Schleif- und Ätzprozesse bleiben am Ende die isolierten Transistorgebiete übrig - das Silizium der Funktionsbereiche einer Schaltung liegt nun offen.

Dotierung: Auf das Ion genau

Anschließend werden die funktionalen Siliziumbereiche gezielt mit negativ und positiv geladenen Ionen dotiert. Darauf werden ein so genanntes Gateoxid und darauf Polysilizium abgeschieden. Über diese Zugangsschicht werden die Transistoren angesprochen.

Es folgen weitere Aufbringungs-, Ätz- und Dotierungsvorgänge, an deren Ende der fertige Die, also die integrierte Schaltung in Form eines aus dem Wafer gefertigten Chips, steht. Bis dahin hat das Herz des zukünftigen Mikrochips bis zu 600 Prozessschritte überstanden.

Fertigungsprozesse: Betriebsgeheimnis

Dabei unterschieden sich die Schritte im Einzelnen je nach Kanalbreite, Chiptechnologie und auch Hersteller. Die Feinheiten des Herstellungsprozesses gehören zu den gut gehüteten Firmengeheimnissen der Chipproduzenten.

Weil Chips kleiner sind als Wafer, wird immer eine ganze Reihe von ihnen auf einen Wafer aufgebracht, wobei das Ziel ist, möglichst wenig Material zu verschwenden. Wegen der extremen Sauberkeits- und Genauigkeitsanforderungen der Chipproduktion erfolgt die Fertigung in Reinräumen.

Wie aus dem Die ein Chip wird

Erst in einem späteren Arbeitsschritt löst man die einzelnen Dies aus dem Wafer heraus. Sie werden dann beispielsweise mit Gehäusen und Anschlüssen oder auch Kühlkörpern versehen, um aus dem Die ein verkaufsfähiges Chipprodukt zu machen. Es wird auf Leiterplatten zusammen mit anderen Chips zu einem Produkt integriert.

Eines der Hauptprobleme bei der Fertigung neuer Chiparchitekturen liegt im Transfer von Labor- auf Massenfertigung: Technologien zur Herstellung von Dies oder spätere Fertigungsschritte mögen im Labormaßstab funktionieren. Für die Massenfertigung heißt das noch gar nichts.

Arbeit an den physischen Grenzen

Das zu erreichen, erfordert häufig detektivische Feinarbeit bei den einzelnen Parametern des Herstellungsprozesses oder auch die Entwicklung neuer Methoden, beispielsweise, wenn optische Technologien in die bislang rein elektronisch funktionierenden Chips eingebracht werden sollen.

Dies gilt um so mehr, als die Kanalbreiten, also die kleinsten Abstände, die sich mit Photolithografie noch darstellen lassen, immer enger werden und an ihre Grenzen kommen. Derzeit liegen die kleinsten Strukturen praktisch gefertigter Chips bei 7 Nanometer.

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