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2022 | Buch

Technologien der Mikrosysteme

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Über dieses Buch

Das Buch vermittelt die Grundlagen zur Herstellung und dem Aufbau von Mikrosystemen. Es kann in zwei Teile aufgeteilt werden. Der Schwerpunkt von Teil I liegt hierbei auf den Mikrofertigungsprozessen und behandelt die Siliziumtechnologie, mikromechanische Strukturierungs- (anisotropes Ätzen, DRIE) und Bondprozesse (Eutectic Bonding, Fusion Bonding). Teil II behandelt die Aufbau- und Verbindungstechnik für Mikrosysteme und vermittelt Kenntnisse zu den Prinzipien der Chipmontage. Dabei stehen u.a. die Beschichtungstechnologien (Metallisierungssysteme) und Kontaktiertechnologien (Löten, Kleben, Bonden) im Vordergrund.

Inhaltsverzeichnis

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
Backmatter
Metadaten
Titel
Technologien der Mikrosysteme
verfasst von
Ha Duong Ngo
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-658-37498-3
Print ISBN
978-3-658-37497-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-37498-3