text: Halbleitertechnik Halbleiterschaltungstechnik Halbleiterdetektor Halbleiter
  Die Halbleitertechnik definiert sich historisch und aufgrund der Verwendung der Produkte als Schlüsselkomponenten in elektrotechnischen Erzeugnissen als Teilgebiet der Elektrotechnik (speziell der Mikroelektronik). Trifft man die Zuordnung aufgrund der eingesetzten Methoden und Verfahren und materialtechnischen Eigenschaften der hergestellten Produkte, so ist auch eine Zuordnung zu den Bereichen Chemietechnik und Keramik möglich und folgerichtig.
  Die von der Halbleitertechnik eingesetzten Verfahren sind weitgehend chemischer Natur. Physikalische Methoden werden unterstützend eingesetzt (Lithographie, Implantation, Planarisieren, Messtechnik)
  Aus der Kleinheit, d. h., der Strukturgröße mikroelektronischer Bauelemente resultieren spezielle Anforderungen an das Fertigungsverfahren. So wird Partikelfreiheit im eigentlichen Herstellungsprozess und Staubfreiheit in der Fertigungsumgebung gefordert (Reinraumherstellung).
  Die Strukturübertragung mittels Fotolithografie – einer der teuersten Prozessschritte in der Halbleiterherstellung – ist eine entscheidende Herausforderung in der traditionellen, auf Steigerung der Integrationsdichte durch Verkleinerung setzenden Planarhalbleitertechnik. Die Gesetze der Optik begrenzen hier schon heute die Möglichkeit zur weiteren Strukturverkleinerung. Daneben stößt man inzwischen aber auch bei anderen Prozessschritten an z. B. materialbedingte Grenzen. So erlauben z. B. die elektrischen Eigenschaften bestimmter im Halbleiterprozess eingesetzter Standardmaterialien keine weitere Strukturverkleinerung. Auch die Querschnittsverkleinerung der Leiterbahnen führt zu Materialproblemen (Diffusion, Elektromigration, u. a.)
  An die Produktionssteuerung werden erhebliche Ansprüche gestellt. Es liegt keine Fließfertigung vor, sondern eine so genannte Werkstattfertigung. Die Produktionsdauer für ein Los (üblicherweise 25 Wafer) in einer typischen Halbleiterfabrik (englisch: fab) bei kontinuierlicher Fertigung (7 Tage pro Woche, 24 Stunden pro Tag) liegt zwischen einigen Tagen und einigen Monaten, abhängig von der Komplexität des Produktes.
  Noch vor der Erzeugung der eigentlichen Transistorstrukturen erfolgt die Herstellung von Isolationsstrukturen zwischen den späteren Transistoren; die dominierende Technik ist die Grabenisolation (engl. shallow trench isolation, vgl. Trench-Technik). Dazu werden zunächst fotolithografisch entsprechenden Bereiche zwischen den Transistorgebieten maskiert. Anschließend erfolgen eine Siliziumätzung (meist durch reaktives Ionenätzen) und die Wiederauffüllung mit Siliziumoxid sowie die Glättung der Topographie mithilfe des chemisch-mechanischen Polieres.
  In weniger als einem Jahrzehnt hat sich Halbleitertechnik zur Schlüsseltechnologie des 20. Jahrhunderts entwickelt. Der Kalte Krieg und die daraus resultierenden militär- und informationstechnischen Bedürfnisse waren Geburtshelfer, Katalysator und sind bis heute entscheidende Triebfeder der Entwicklung (siehe z. B. neuste Entwicklungen in der Prozessortechnik, Datenspeicherung, Signalverarbeitung, Optoelektronik etc.). Der Aufbau eines stabilen produktionstechnologischen Gerüsts wurde erst durch die kommerzielle Fertigung mikroelektronischer Schaltungen im großindustriellen Maßstab, z. B. für die ersten Taschenrechner, erzwungen.
  Die Rolle des technologischen Vorreiters, den die Halbleitertechnik über Jahrzehnte innehatte, beginnt langsam zu verblassen. Andere Technologien wie die Biotechnologie haben begonnen, die Staffelstab zu übernehmen. Die Halbleitertechnik befindet sich heute im Übergang von einer jungen Technologie zu einer gereiften und sich konsolidierenden Technologie (Technologielebenszyklus). In Zukunft werden in erster Linie kleine, aus rein technischer Sicht durchaus herausfordernde Innovationsschritte und evolutionäre Detailverbesserungen die Szene bestimmen. Das Ziel ist und wird es sein, die Möglichkeiten der bestehenden Techniken auszuschöpfen. Größere Entwicklungssprünge, ohnehin bei großtechnischen Produktionstechniken kaum zu erwarten, werden bei Halbleitertechniken unwahrscheinlicher. Dies gilt zumindest für die Industriezweige, die sich der Herstellung von integrierten Schaltkreisen widmen. Andere Teilbereiche der Mikroelektronik wie Bildschirme oder Solarzellen weisen weiterhin ein großes Forschungspotential auf.
  Die Forschung und Technologieentwicklung für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen erfolgt daher entlang sogenannter Roadmaps (dt.: »Projektplan«). Die maßgebende Roadmap ist die seit 1988 existierende ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors); die mitwirkenden Firmen machen mehr als 90 % weltweiten Halbleiterproduktion aus. In der ITRS werden die langfristigen Entwicklungsziele der Halbleiterindustrie auf 15 Jahre im Voraus geplant und regelmäßig der aktuellen Entwicklung angepasst. Die Entwicklungsstufen oder -schwerpunkte (engl. nodes) werden über den Begriff der Strukturgröße definiert. Die gebündelte Richtungsvorgabe bei der Entwicklung soll technologische Engpässe früh erkennen und Forschungsanreize setzen. Dadurch ist es der Industrie bis heute gelungen, das bekannte mooresche Gesetz aufrechtzuerhalten. Wann das zu erwartende Abknicken oder Abbrechen der mooreschen Geraden und damit das Ende der stetig-evolutionären Entwicklung beginnt, bleibt abzuwarten. Da die Produktion aber heutzutage in Bereichen arbeitet, die vor 20 Jahren als physikalisch "unmöglich" galten, ist zu erwarten, dass sich das Ende dieser Entwicklung um weitere Jahre verschiebt. Das Ende ist aber spätestens bei Fertigung von Bauelementen mit Strukturgrößen (< 10 nm) von wenigen Atomen auf Basis der heutigen siliziumorientierten Technologie erreicht. Hier sind neue Entwicklungen mit neuartigen Funktionsweisen notwendig, um den Trend des mooreschen Gesetzes zu folgen. Die ITRS beschäftigt sich im Kapitel "Emerging Research Devices" (ERD) zunehmend intensiver mit potentiellen Technologien, die allerdings immer noch stark an der bestehenden Technologie angelehnt sind. Dazu gehören neben technologisch verwandten Konzepten wie dem FeRAM oder geschichtete Dielektrika (beispielsweise engineered tunnel barrier memory) auch Konzepte, die wohl nicht in den nächsten zehn Jahren anwendungsreif werden, wie Speicher und Schaltkreise auf Basis von leitenden Makromolekülen oder Einzelelektronentransistoren.
  Siehe auch: Das moorsche Gesetz – Technische Grenzen
  Zu Beginn der Massenfertigung von Halbleiterbauelementen wurde den Umweltschutzaspekten recht wenig Beachtung geschenkt. Vor allem im Silicon Valley kam es in den späten 1960er- und frühen 1970er-Jahren zu großflächigen Grundwasserverschmutzungen. Diese Vorfälle brachten erstmalig die Kehrseite einer bislang als besonders fortschrittlich geltenden Industrie zum Vorschein.
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