Technologien der Mikrosysteme

Frontmatter

Kapitel 1. Definition eines Mikrosystems

Zusammenfassung

Ein kennzeichnendes Merkmal eines Mikrosystems ist, dass für seine Herstellung Mikrofertigungstechnologien zum Einsatz kommen.

Ha Duong Ngo

Kapitel 2. Wichtige Halbleiter in der Mikrosystemtechnik

Zusammenfassung

Halbleiter sind Festkörper, deren elektrische Leitfähigkeit durch Elektronen und/oder Defektelektronen zustande kommt und deren spezifischer elektrischer Widerstand bei Zimmertemperatur zwischen dem der Metalle und dem der Dielektrika liegt (10^–4–10¹² Ωm), wobei diese Leitfähigkeit in starkem Maß von der Art und Menge der Verunreinigungen bzw. Dotierung, von der Kristallstruktur und von den äußeren Bedingungen (z. B. Temperatur) abhängt.

Ha Duong Ngo

Kapitel 3. Herstellung von einkristallinem Silizium, Galliumarsenid und Siliziumkarbid

Zusammenfassung

Die technische Gewinnung von einkristallinem Silizium für mikroelektronische Bauelemente und Mikrosystemkomponenten verläuft nach folgenden Schritten.

Ha Duong Ngo

Kapitel 4. Reinraumtechnik

Zusammenfassung

Die Herstellung von Mikrobauelementen mit hoher Ausbeute ist nur in einem hochreinen Umfeld (Reinraum) möglich. Die zentrale Aufgabe eines Reinraums ist deshalb das Bereitstellen einer weitgehend partikelfreien Umgebungsluft. Die Anforderungen an einen Reinraum beschränken sich aber nicht allein auf die Luft, sie verlangen auch reine Prozesse, Anlagen und Medien (Prozessgase, DI-Wasser, Chemikalien) sowie geeignet ausgebildetes Reinraumpersonal.

Ha Duong Ngo

Kapitel 5. Silizium-Planartechnologie

Zusammenfassung

Im Folgenden werden die wichtigsten Grundprozesse der Silizium-Planartechnik behandelt, bei der die Bauelementestrukturen von der planaren Oberfläche der Halbleiterscheibe ausgehend durch verschiedene aufeinanderfolgende und sich zum Teil wiederholende Einzelprozesse hergestellt werden.

Ha Duong Ngo

Kapitel 6. Herstellung dreidimensionaler Strukturen in Silizium

Zusammenfassung

Während sich bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen die ätztechnischen Prozesse nahezu ausschließlich auf planare Strukturen mit Ätztiefen von maximal einigen Mikrometern beschränken, erfordert die Mikrosystemtechnik vielfach eine dreidimensionale Strukturierung mit Ätztiefen, die sich nicht selten über die gesamte Scheibendicke ausdehnen. Zur Anwendung kommen in diesem Zusammenhang nasschemische Ätzverfahren und Trockenätzverfahren.

Ha Duong Ngo

Kapitel 7. Oberflächen-Mikromechanik

Zusammenfassung

Bei dieser Technologie handelt es sich um einen Prozess zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen auf der Oberfläche einer Siliziumscheibe. Im Gegensatz zum Bulk Micromachining verwendet man hier eine bzw. mehrere übereinanderliegende Polysiliziumschichten (oder auch andere Materialien wie Metalle z. B), die vor dem Abscheiden der nächsten Schicht strukturiert werden und durch sogenannte Opferschichten („sacrificial layer, sacrificial spacer“) voneinander getrennt sind. Zuletzt werden diese Schichten sozusagen geopfert, indem sie durch nasschemisches Ätzen entfernt werden, sodass auf der Scheibenoberfläche die gewünschten dreidimensionalen Polysiliziumstrukturen zurückbleiben.

Ha Duong Ngo

Kapitel 8. Waferbonden

Zusammenfassung

Die Funktion vieler Bauelemente in der Mikrosystemtechnik setzt einen dreidimensionalen Aufbau voraus, der häufig aus zwei oder mehr Wafern besteht. Waferbonden nimmt deshalb bezüglich des Zusammenfügens („assembling“) und der Gehäusung („packaging“) dieser Bauelemente eine Schlüsselrolle ein. Die zur Anwendung kommenden Methoden lassen sich in zwei Gruppen unterscheiden.

Ha Duong Ngo

Kapitel 9. Kontaktierverfahren

Zusammenfassung

Nach dem elektrischen Funktionstest bzw. vor der Gehäusung („packaging“) müssen die Bauelemente (Chips oder „dice“) auf einem Wafer vereinzelt werden.

Ha Duong Ngo

Kapitel 10. Nicht-Silizium-High-Aspect-Ratio-Micro-Structures

Zusammenfassung

Mikrostrukturen mit hohem Aspektverhältnis lassen sich nicht nur mit den Prozessen der Silizium-Mikromechanik, sondern auch durch die Lithographie-Galvanoformung-Abformung-Technik und durch Heißpressen („hot embossing“) erzeugen.

Ha Duong Ngo

Kapitel 11. Schichttechniken

Zusammenfassung

Unter Schichttechniken werden die Dickschicht- und die Dünnschichttechnik verstanden. Sie basieren darauf, dass auf Trägerplättchen (Substrate) Leiterbahnen, Widerstands-, Dielektrikums- oder Isolierschichten durch Siebdrucken (Dickschichttechnik), Vakuumbedampfen oder Sputtern (Dünnschichttechnik) erzeugt werden, um Schaltungs- oder Sensorstrukturen zu realisieren. Werden zusätzlich aktive und/oder passive Bauelemente (z. B. Chip-Kondensatoren, Chip-Widerstände, Dioden, Transistoren, IC) aufgebracht, so spricht man bei den entstehenden Schaltungen von Hybridschaltungen.

Ha Duong Ngo

Kapitel 12. Metal-Oxide-Semiconductor- und Bipolarprozesse

Zusammenfassung

Die Metal-Oxide-Semiconductor(MOS)-Technologie ist die dominierte Technologie der heutigen Halbleiterindustrie. Herausragende Merkmale dieser Technologie sind hohe Packungsdichte, geringe Verlustleistung und niedrige Prozesskomplexität. Sie umfasst Einkanaltechnologien (NMOS und PMOS) und die CMOS-Technologie. Die Einkanaltechnologien können in Aluminium-Gate-Technologie und Polysilizium-Gate-Technologie unterschieden werden. Die Aluminium-Gate-Technologie zeichnet sich insbesondere durch ihren einfachen Prozessablauf aus, während die Polysilizium-Gate-Technologie den entscheidenden Vorteil einer Selbstjustierung der Gate-Elektrode zu den Source-/Drain-Gebieten bietet.

Ha Duong Ngo

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