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Wie ein Chip entsteht

30 Aufgaben von der Sandkörnung bis zur fertigen Ausbeute im Reinraum einer echten Chipfabrik — Schritt für Schritt. Mit ausführlichem Lösungsweg zu jeder einzelnen Aufgabe.

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Übungsaufgaben

Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.

A1
Ein Fenster im Oxid
AFB I

Ein Wafer soll außen von einer Oxidschicht bedeckt sein, in der Mitte aber ein Fenster bis zum Silizium haben. Erstelle diesen Querschnitt, indem du die passenden Prozessschritte in der richtigen Reihenfolge anwendest.

Wende die Prozessschritte nacheinander auf den ganzen Wafer an, bis dein Querschnitt dem Ziel gleicht. Oxid, Lack, Metall legen eine Schicht über alles; Belichten wäscht den Lack dort aus, wo die Maske Licht durchlässt (gelb); Ätzen trägt frei liegendes Oxid oder Metall ab; Dotieren wirkt nur auf frei liegendes Silizium; Lack entfernen löst den Lack mit allem, was darauf liegt. Tastatur: Tab zu den Knöpfen, ←/→ wandern, Enter anwenden, Rücktaste = Rückgängig.
Dein Wafer (Querschnitt)
Ziel
Der Grundzyklus der Fotolithografie: Oxid aufbringen, Lack auftragen, durch die Maske belichten, ätzen, Lack entfernen. Wer vor dem Belichten ätzt, trägt das ganze Oxid ab – erst das Lackmuster legt fest, wo geätzt wird.
Ein Muster entsteht immer über den Fotolack: Er muss liegen, bevor durch die Maske belichtet wird.
Oxid → Fotolack → Belichten mit Maske A → Ätzen → Lack entfernen. Dotieren und Metall brauchst du hier nicht.
A2
Welcher Schritt war das?
AFB II

Nach einem Fertigungsschritt ist die Oberfläche des Wafers unverändert: Keine Schicht kam hinzu, keine wurde abgetragen. In den Fenstern der Oxidschicht leitet das Silizium aber deutlich besser als vorher. Ordne den Schritt mit dem Entscheidungsbaum ein.

Beantworte die Fragen des Entscheidungsbaums mit Ja oder Nein und schau, wo du herauskommst.
    Dotieren ist der einzige Schritt, der die Oberfläche nicht sichtbar verändert: Die Fremdatome nehmen Plätze im vorhandenen Gitter ein. Erkennbar ist er nur an der elektrischen Wirkung – das Silizium leitet in den Fenstern besser.
    Arbeite die Beobachtung Stück für Stück ab: abgetragen? neue Schicht? Leitfähigkeit verändert?
    Nichts abgetragen, keine neue Schicht, aber bessere Leitfähigkeit – das kann nur der Einbau von Fremdatomen sein.
    A3
    Begriffe der Chipfertigung
    AFB I

    Bestimme zu jedem Fachbegriff die passende Beschreibung und decke die zusammengehörigen Karten auf.

    Decke zwei Karten auf, die zusammengehören. Mit der Tastatur: Tab zur Karte, Enter aufdecken, Pfeiltasten zum Wandern.
    Die sechs Begriffe bilden den Weg der Fertigung ab: vom Rohstoff (Quarzsand) über das Material (Reinstsilizium, Einkristall) und die Scheibe (Wafer) bis zum Muster (Maske) und zum Ergebnis des Tests.
    Ordne die Begriffe zuerst in die Reihenfolge der Fertigung – dann passen die Beschreibungen fast von selbst.
    Sand ist der Rohstoff, Reinstsilizium das gereinigte Material, der Einkristall hat ein einheitliches Gitter, der Wafer ist die Scheibe, die Maske das Muster, Ausschuss das Testergebnis.