Ein Elektrobaukasten für Kinder und spannende elektrische Experimente: Wie funktioniert die Chipherstellung

Auch wenn hier primär ein Elektrobaukasten beschrieben wird, ist doch die Welt der Elektronik nicht zu fern. Wurden früher elektronische Schaltungen diskret, d.h. aus einzelnen Bauelementen wie Widerständen, Röhren, Transistoren, Kondensatoren, Dioden usw. aufgebaut, so haben sich seit vielen Jahren integrierte Schaltungen etabliert. Nach dem Moore´schen Gesetz verdoppelt sich dabei die Anzahl der Transistoren pro Fläche alle 2 Jahre. Daher erfolgt an dieser Stelle mal ein kurzer Ausflug in die heutige Mikroelektronik

Ausgangsmaterial der meisten integrierten Schaltungen ist Silizium. Dabei kommt polykristallines Silizium zum Einsatz, welches gereinigt wird. Aus geschmolzenem poly-Silizium wird ein Einkristall gezogen. Dies ist ein aufwendiges und teures Verfahren. Die Ziehgeschwindigkeit beträgt gerade mal 0.4 - 0.8mm/ min. Übliche Stablängen eines solchen Siliziumstabes sind 1-2 m.

Die Stäbe werden nun rundgeschliffen, der Anfangs- und Endkonus (beliebte Werbegeschenke in der Halbleiterindustrie) werden abgetrennt. Mit einer Drahtsäge werden aus den Siliziumstäben einzelne Scheiben (Wafer) geschnitten. Diese Drahtsägen sind erstaunlich, ein einzelner Draht kann dabei bis zu 80 km (!) betragen.

Die Wafer werden nun noch mechanisch und chemisch nachbearbeitet, anschließend in Waferboxen verpackt und an die eigentlichen Schaltkreishersteller (auch Chiphersteller, Chip Manufacturer, Wafer Fabs) verschickt. Abolute Sauberkeit ist dabei oberstes Gebot, nach dem Reinigen der Wafer werden diese nur noch unter Reinraumbedingungen bewegt.

Beim Chiphersteller werden die Wafer nun verschiedensten physikalischen oder chemischen Prozessen unterworfen. Dazu gehören CVD (Chemical Vapour Deposition - Chemische Dampfphasenabscheidung), Diffusion, Ionenimplantation, und verschiedene thermische Prozesse.