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Grundlagen der Mikro- und Nanoelektronik
Teilgebiet Nanotechnologie
26.04.2018 www.tu-ilmenau.deSeite 1
Fachgebiet Nanotechnologie
Univ.-Prof. Dr. Heiko Jacobs Leslie Schlag
Kirchhoffbau Zimmer 3036 Zimmer 3034
Gliederung der 5 Lehreinheiten
Vorlesungen / Seminar
25.04.2018
26.04.2018
02.05.2018
Demo
03.05.2018 (ZMN)
09.05.2018 (ZMN)
Input Anwendung
Hinweis: Vertiefende Inhalte werden in den Fächern Mikro- und
Halbleitertechnologie sowie Nanotechnologie ab 5.FS angeboten.
Einordung in Drucksensorbeispiel
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Festkörperelektronik
3 Wochen
Nanotechnologie
3 WochenElektroniktechnologie
3 Wochen
Elektronische
Schaltungen und
Systeme
3 Wochen
Mikro- und
nanoelektronische
Systeme
3 Wochen
Entwurf und
Design
integrierter
Schaltungen
Das System - als eine
Gesamtheit von
Elementen
Entwicklung
technologischer
Verfahren
Charakterisierung
der Funktion von
halbleitenden
Bauelementen
Aufbau- und
Verbindungstechnik
Quelle: P. Krause, MEMS-Kongress, Berlin 2009
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Zum Einstieg:
Open Access Video Chip Manufacturing bei Global
Foundries
Als Lektüre:
Intel i5 Chip Herstellung
https://www.youtube.com/watch?v=d9SWNLZvA8g
Intel 22nm Technologie erklärt
https://www.youtube.com/watch?v=YIkMaQJSyP8
Einstieg in die Halbleitertechnologie
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Typisches Beispiel der Mikro- und Nanoelektronik
Smartphones beinhalten:
~460 Millionen Transistoren und mehrere Aktoren/Sensoren auf kleinstem Raum
~2,5 Mio.
Transistoren~2,5 Mio.
Transistoren
~2,5 Mio.
Transistoren
~450 Mio.
Transistoren
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Piezoresistiver
Drucksensor
Beispielbilder Halbleitertechnologie
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Microelectromechanical Systems (MEMS)
Beschleunigungssensor
Cantilever
Beispielbilder Halbleitertechnologie
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Texas Instruments DLP-Chip (Digital Light Processing)
DLP Video
Beispielbilder Halbleitertechnologie
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10 mm 50 µm
Optische Mikroskopie
Elektronenmikroskop (REM, TEM)
Beispielbilder Halbleitertechnologie
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Leiterplatte (PCB)
300mm Wafer
Hierarchie in der Mikro- und Nanoelektronik
Si-Chip
Integrierte Schaltung (IC)
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Hierarchie in der Mikro- und Nanoelektronik
Front End of Line: Halbleiterprozesse zur
Erzeugung von Si-Bauelementen
Back End of Line: Prozesse zur
Erzeugung der Verdrahtungsebenen
Back End: Verkapselung und
Kontaktierung der einzelnen Chips
(AVT – Prof. Müller)
Front End Prozesse sind Teil dieser
drei Vorlesungen
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Motivation Halbleitertechnologie
Vergleich Deutsche Jahresgehälter 2018 – Quelle: gehalt.de
Ärzte 76.666 – 139.246 €
Ingenieure Halbleiterindustrie 65.316 - 106.900 €
Ingenieure Maschinenbau 47.464 – 70.632 €
Juristen 46.011 – 78.691 €
Ingenieure Energietechnik 35.900 – 56.966 €
Ingenieure Autoindustrie 35.307 – 56.120 €
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Erste Grundfragestellung:
Welche technischen Voraussetzungen sind nötig um
siliziumbasierte Halbleiterbauelemente herzustellen?
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Optimale Prozessbedingungen existieren nur in
Reinräumen
Einführung in das reine Prozessieren
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Einführung in das reine Prozessieren
Hauptvoraussetzung:
Reinheit aller am Prozess beteiligten Komponenten
Verunreinigungsquelle – Mensch
verliert mehrere Millionen Partikel pro Minute
Vergleich verschiedener Kleidungs- und Bewegungsarten
Kontaminationsquelle Mensch, C. Moschner,
Reinraumtechnik 1 (2010)
Zur Vermeidung der Verschmutzung
müssen im Reinraum immer Haube,
Handschuhe und Overall getragen
werden!
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Einführung in das reine Prozessieren
Reinraum-Reinheitsklassen nach ISO 14644
Partikel je m3
Klass
e0,1 µm 0,2 µm 0,3 µm 0,5 µm 1,0 µm 5,0 µm
ISO 1 10 2
ISO 2 100 24 10 4
ISO 3 1.000 237 102 35 8
ISO 4 10.000 2.370 1.020 352 83
ISO 5 100.000 23.700 10.200 3.520 832 29
ISO 6 1.000.000 237.000 102.000 35.200 8.320 293
ISO 7 352.000 83.200 2.930
ISO 8 3.520.000 832.000 29.300
ISO 9 35.200.000 8.320.000 293.000
Verschmutzung durch alle am Prozess beteiligten
Komponenten auf ein Minimum reduzieren!
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Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Einführung in das reine Prozessieren
Reinraum ZMN MacroNano TU Ilmenau (Feynmanbau)
Einführung in das reine Prozessieren
Hauptvoraussetzung:
Reinheit aller am Prozess beteiligten Komponenten
Verunreinigungsquellen:Anlagen / Wartungsarbeiten im Reinraum
um Anlagen im Reinraum betreiben zu können, ist es wichtig, dass
deren Wartung und Betrieb nicht zur Verschmutzung des Reinraums
beitragen.
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Partikelarmes Prozessieren:
„Cleanroomhygiene“ Kleidung, Materialien (kein Papier, Stifte,
Reinigung eingebrachter Gegenstände, glatte Oberflächen,
Design von Anlagen)
Material und Konstruktion der Anlagen
Intern: Ventile, Antriebe, Partikel an inneren OF
Außen: Glatte Oberflächen, Verkleidungen
Einführung in das reine Prozessieren
Hauptvoraussetzung:
Reinheit aller am Prozess beteiligten Komponenten
Verunreinigungsquelle – verwendete Substrate / Gase / Flüssigkeiten
Reinste Prozessmedien
Lösungsmittel 1ppb
DI-Wasser < ppt (parts per trillion 10-12 !)
Gase 99,9999% 6N bis 9N 1ppb
Materialien wie Metalle (99,9999%)
Wafer
Partikelfilter für Gase und Prozessflüssigkeiten
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Einordung in Drucksensorbeispiel
Festkörperelektronik
3 Wochen
Nanotechnologie
3 WochenElektroniktechnologie
3 Wochen
Elektronische
Schaltungen und
Systeme
3 Wochen
Mikro- und
nanoelektronische
Systeme
3 Wochen
Entwurf und
Design
integrierter
Schaltungen
Das System - als eine
Gesamtheit von
Elementen
Entwicklung
technologischer
Verfahren
Charakterisierung
der Funktion von
halbleitenden
Bauelementen
Aufbau- und
Verbindungstechnik
Quelle: P. Krause, MEMS-Kongress, Berlin 2009
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Funktionsprinzip des Drucksensors
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Video: Bosch Drucksensor
Analyse Aufbau des Drucksensors
Si
SiO2
p-Si p-Si
Piezoresistive Gebiete Isolator / Passivierung
Membran
Leiterbahnen
Si-Substrat
SiO2SiO2
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Technologiefragerunde
Frage 1:Wie werden in der Halbleitertechnologie Strukturen auf das
Substrat übertragen?
Antwort: Fotolithografie, (Nano Imprint, Elektronenstrahllithografie)
Vorlesung 1 & Demo-Seminar
Frage 2:Wie kann auf Si-Substrat eine Oxidschicht aufgewachsen werden?
Antwort: CVD / Thermische Oxidation
Vorlesung 2 & Demo-Seminar
Frage 3:Wie werden in der Halbleitertechnologie piezoresistive Gebiete
in das Si - Subtsrat eingebracht?
Antwort: Dotieren mit geeigneten Dotierstoffen
Vorlesung 2 & Demo Seminar
Frage 4: Wie lassen sich Membranen in Si-Grundsubstrat übertragen?
Antwort: Gezieltes Ätzen
Vorlesung 3 & Demo Seminar
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Hausaufgabe bis Morgenmittag
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Video: Herstellung von Si-Wafern
Bitte anschauen!
Einführung in das reine Prozessieren
Waferherstellung
Lithografie
Hochtemperaturprozesse
Nasschemie
Plasmaprozesse
Einteilung der Technologien
Themengebiet 1: Fotolithografie
Grundprinzip: Übertragung einer vorgegebenen Form durch Änderung der
chemischen Bindungen in einer organischen Opferschicht durch den
Einfluss des Lichtes
Aufschleudern
(Spin-Coater)
Soft-Bake
(Hotplate)
Belichten
(Mask Aligner)
Entwickeln
(Developer)
Rotation Temperatur Optische Effekte Chem. Löslichkeit
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
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Themengebiet 1: Fotolithografie
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Fotolack Aufschleudern – Spin Coating
Themengebiet 1: Fotolithografie
Fotolack Aufschleudern – Spin Coating
Dispense Ramp up /
Spreading
dw/dt > 0
Forming
dw/dt = 0
Drying
Aus Fluidmechanik Nicht-Newtonscher Fluide lässt sich mit
Hilfe der Zentrifugal- und Scherkraft herleiten und nähern:
cPS – Stoffmengenverhältnis Polymer/Lösungsmittel
n - kinematische Viskosität w - Umdrehungen / s
h - dynamische Viskosität r - Dichte
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝𝜒𝑃𝑆3 ⋅ 𝑣
1 − 𝜒𝑃𝑆)𝜔 3 2
1 3
𝜈 =𝜂
𝜌mit
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 1: Fotolithografie
Fotolack Aufschleudern – Spin Coating
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝𝜒𝑃𝑆3 ⋅ 𝜐
1 − 𝜒𝑃𝑆)𝜔 3 2
1 3
𝜈 =𝜂
𝜌mit
w - Umdrehungen / s
h - dynamische Viskosität
Experimentell lässt sich bestimmen:
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝ 𝜂 1 3 ⋅ 𝜔−𝛼 mit a als Verdampfungsfaktor
des Lösungsmittels
Lacke werden standardmäßig als
Kombination aus dynamischer
Viskosität und Dicke d in µm bei
5000 RPM gelistet.
Beispiele:
AZ 1518 1,8 µm bei 5000 RPM
ECI 3007 0,7 µm bei 5000 RPM
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
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Kontaktbelichtung
Proximitybelichtung
(Abstandsbelichtung)
Projektionsbelichtung
modernere
Projektionsbelichtung
Themengebiet 1: Fotolithografie
Belichtungstechniken
Numerical Aperture and
depth of focus
sin(Q)Kompromiss
Tiefenschärfe und Auflösung
Qgroßes
Apertur groß
Q
Aperture
Depth of focus Depth of focus
Auflösung
Q
Aperture
Depth of focus Depth of focus
Themengebiet 1: Fotolithografie
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Immersionslithografie
EUV-Lithografie (extreme ultra violet) 13,5 nm
Röntgenlithografie
Elektronen- und Ionenstrahllithografie
Optische Tricks / andere Quellen
Themengebiet 1: Fotolithografie
𝑑min = 𝑘𝜆
n sin𝛩
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Lacksysteme
Negativlack polymerisiert durch Belichtung
und einem nachfolgenden Ausheizschritt,
nach der Entwicklung bleiben die belichteten
Bereiche stehen.
Bei Positivlacken wird der bereits
verfestigte Lack durch Belichtung wieder
löslich für entsprechende Entwickler-
lösungen.
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 1: Fotolithografie
Themengebiet 1: FotolithografieEntwicklung (Develop)
Novolak (Phenolharze)
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Vorlesungsschwerunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Frage 1:Geben Sie an, welche physikalischen Größen die Lackdicke beim
Aufschleudern beeinflussen!
Antwort: Umdrehungszahl der Schleuder, Viskosität des Fotolacks, Stöchiometrie
Lösungsmittel/Polymer
Frage 2:Nennen Sie drei Belichtungsarten der Fotolithografie!
Antwort: Kontakt, Abstand, Projektion
Frage 3:Was sind die Einflussgrößen auf die minimale Strukturbreite und
was hat eine Änderung dieser zur Folge?
Antwort: Wellenlänge (je kleiner desto minimaler), Numerische Apertur (sollte
groß sein, ist aber nicht unendlich optimierungsfähig)
Themengebiet 1: Fotolithografie – typische Fragen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 1: Fotolithografie
Exkurs: Maskenherstellung
CAD / CAM Maskendesign
mit Hilfe
konventioneller
CAD Tools
CompilerPrüfung /
Übersetzung in
maschinen-
typischen CodeSchreiben der
Maske
Schreiben der
Strukturen mit Hilfe
der Elektronenstrahl-
Lithografie
Vgl. λ=0.0336Å bei
Beschleunigungs-
spannung Vc=120kV
Entwickeln des
Ebeam Resists
Cr Bedampfen /
Lift-Off
Metallbedampfung
und anschließendes
Lösen der
LackschichtVorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Hausaufgabe bis Morgenmittag
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Video: Herstellung von Si-Wafern
Bitte anschauen!
Einführung in das reine Prozessieren
Waferherstellung
Lithografie
Hochtemperaturprozesse
Nasschemie
Plasmaprozesse
Einteilung der Technologien
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Vorlesung 2
Grundlagen der Mikro- und Nanoelektronik
Teilgebiet Nanotechnologie
Fachgebiet Nanotechnologie
Univ.-Prof. Dr. Heiko Jacobs Leslie Schlag
Kirchhoffbau Zimmer 3036 Zimmer 3034
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Nachtrag zur Hausaufgabe
Schlüsseltechnologie: Czochralski – Verfahren
Details zu diesem Verfahren in Mikro- und Halbleitertechnologie 1
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
In Themengebiet 1 wurde vermittelt, wie mit Hilfe einer Photoresistschicht
Strukturen auf das Substrat übertragen werden können.
In Komplex 2 werden nun Hochtemperaturprozesse zum Aufwachsen des SiO2
und zur Dotierung der piezoresitiven Gebiete des Si-Substrates betrachtet.
Analyse Aufbau des Drucksensors
Si
SiO2p-Si p-Si
Piezoresistive Gebiete Isolator / Passivierung
Membran
Leiterbahnen
Si-Substrat
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
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Wo noch?
-Ätzmaske
-Diffusionsmaske
-Passivierung
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Wo wird ein Oxid verwendet?
Vorlesungsschwerunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Thermische Oxidation des Siliziums
Merke: Jede Si-Oberfläche bildet ein natürliches Oxid
Wachstumsrate wird bestimmt durch die Temperatur und durch die Feuchtigkeit
Reinheit des Oxids ist abhängig von den Verunreinigungen im Reaktor
Oxidationsart Trocken Nass
Reaktionsgleichung 𝑆𝑖 + 𝑂2 → 𝑆𝑖𝑂2 𝑆𝑖 + 2𝐻2𝑂 → 𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐻2
EigenschaftenHohe Dichte
Hohe Durchbruchspannung
Hohe Wachstumsrate
Wachstumsraten
900°C
1000°C
1100°C
19 nm / h
50 nm / h
120 nm / h
100 nm / h
400 nm / h
630 nm / h
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Aufbau des Reaktors
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Je nach Oxidationsart, werden die
Einströmventile mit oder ohne Bubbler
angesteuert
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Ablauf der trockenen Oxidation
Prozessabfolge
Einschleusen
der Wafer
Verschließen
des Reaktors /
Evakuieren
T = 600°C
ca. 10 min
um Bruch zu
vermeiden
Heizrampe
5 – 10 K / min
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
-
-
Abkühlen des
Reaktors
Kühlrampe
5 – 10 K / min
Einfluss O2 /
Reaktions-
beginn
800 – 1200°C
Ausschleusen
der Wafer
T = 600°C
ca. 10 min
um Bruch zu
vermeiden
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Ablauf der nassen Oxidation
Prozessabfolge
Einschleusen
der Wafer
Verschließen
des Reaktors /
Evakuieren
T = 600°C
ca. 10 min
um Bruch zu
vermeiden
Heizrampe
5 – 10 K / min
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Abkühlen des
Reaktors
Kühlrampe
5 – 10 K / min
Einfluss O2 u.
H2O Bubbler /
Reaktionsstart
800 – 1200°C
Ausschleusen
der Wafer
T = 600°C
ca. 10 min
um Bruch zu
vermeiden
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Ablauf der Reaktion an der Phasengrenze
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Transportgasstrom Transportgasstrom
Substrat
Sorptions- und DiffusionsschichtAdsorption
OF Diffusion Reaktion /
Absorption
Desorption
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Massenumsatz an der Phasengrenze
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Merke: 55% des Oxids wachsen auf dem Substrat, 45% in das Substrat!
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Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Massenumsatz an der Phasengrenze
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Beschreibung für das diffusionsbasierte Schichtwachstum von
thermischem Siliziumdioxid auf einer reinen Siliziumoberfläche.
Die für den Oxidationsprozess notwendige Zeit t für
eine bestimmte Schichtdicke dSiO2 berechnet sich wie folgt:
B die parabolische
B/A die lineare Wachstumsrate
Deal-Grove Modell Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
D (thick-ox) =const. · (D · t)1/2
D (thin-ox) =const. · t
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Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Bestimmung der Oxidationszeit
Weitere Einflussfaktoren auf Oxidwachstum:
Kristallorientierung
Dotierung
Exkurs: Oxidätzen
Exkurs: Oxidätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Wir wissen nun, wie wir die Passivierung auf dem Substrat erzeugen
können. Aber wie lässt sie sich strukturieren?
Prozessabfolge:
SiO2
Si
SiO2
SiO2
Si
SiO2
Fotolack
Fotolack
SiO2
Si
SiO2
Lack Lack
LackLack Lack
Belacken Nach Belichten
und Entwickeln
SiO2
Si
SiO2
Lack Lack
LackLack Lack
Ätzschritt
SiO2SiO2
SiO2
SiO2
Si
SiO2
SiO2SiO2
SiO2
Ablösen des Lacks mit
Aceton / DI Spülen
Exkurs: Oxidätzen
Exkurs: Oxidätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Einziges geeignetes Ätzmittel für Glas Flusssäure HF
Arbeiten mit Flusssäure erfordern höhere Sicherheitstechnische Vorrausetzungen!
Gefahren:
- Starkes Kontaktgift
- Sofortige Resorption der Haut Verätzungen bis in tiefe Gewebsschichten / bis
auf Knochen möglich
- Verzögerung des Schmerzes um bis zu 6 Stunden
- Schädigung des Nervensystems
Faustregel: Eine Handtellergroße Verätzung mit 40% HF verläuft tödlich!
Problem: HF ätzt mit hoher Rate
- BOE (buffered oxide etch, Ammoniumflourid NH4F + HF)
kontrolliertes Ätzen
Vorlesungsschwerunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Frage 1: Welche Größen haben Einfluss auf die Oxiddicke?
Antwort: Temperatur und Feuchtigkeit
Frage 2: Vergleichen Sie zwei bestimmte Arten der thermischen Oxidation
und zeigen Sie spezifische Vorteile!
Frage 3: Beschreiben Sie kurz den Ablauf der Oxidation an der
Phasengrenze!
Antwort: Transport, Adsorption, Bildung der Sorptions- und Diffusionsschicht,
Oberflächen Diffusion, Reaktion/Absorption, Desorption der Restmoleküle
Themengebiet 2: HT Oxidation – typische Fragen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxidationsart Trocken Nass
Reaktionsgleichung 𝑆𝑖 + 𝑂2 → 𝑆𝑖𝑂2 𝑆𝑖 + 2𝐻2𝑂 → 𝑆𝑖𝑂2 + 2𝐻2
EigenschaftenHohe Dichte
Hohe Durchbruchspannung
Hohe Wachstumsrate
Analyse Aufbau des Drucksensors
Si
SiO2
p-Si p-Si
Piezoresistive Gebiete Isolator / Passivierung
Membran
Leiterbahnen
Si-Substrat
SiO2SiO2
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Frage: Wie lassen sich Piezoresistive Gebiete in das Si-Substrat einbringen?
Antwort: Dotieren
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Wiederholung des Grundwissens aus GL der Elektronik
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Welche Dotierstoffe können verwendet werden um Silizium negativ zu
dotieren?
Antwort: Phosphor, Arsen (V.HG)
Welche Dotierstoffe können verwendet werden um Silizium positiv zu
dotieren?
Antwort: Bor, Ga (III.HG)
Welcher Nutzen resultiert aus einer n- Dotierung des p-Grundsubstrates?
Antwort: Gezielte Implementierung eines p-n-Übergangs
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Dotieren
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
- Ist die gezielte Einbringung von Fremdatomen in einen Festkörper zur
Änderung der elektronischen Eigenschaften
𝑛𝑖2 = 𝑛 ⋅ 𝑝
Massenwirkungsgesetz
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Dotieren
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Bänderdiagramm für p- und n- Halbleiter, p-n-Übergang
𝑑𝑅𝐿𝑍 =1
𝑒2𝜀𝑠𝑖𝜀0𝛥𝐸𝐹
1
𝑁𝐴+
1
𝑁𝐷
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- die physikalischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials sollen nicht
beeinflusst werden (keine Eigendefektbildung)
- Kontrolle der Dotierstoffkonzentration soll in einem weiten Bereich möglich
sein
- lokale Dotierung soll möglich sein
- geringe Kosten
- geringe Prozessdauer und Batch Prozessierung
- hohe Reproduzierbarkeit
- Kompatibilität zu anderen technologischen
Prozessen
Diffusionsmechanismen
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Anforderungen an Dotierverfahren
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Dotierverfahren
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Während der Kristallzucht
Einbringen von Fremdmaterial vor dem Schmelzen
Beispiel: Bor wird als Pulver den Si-Pellets beigemischt p-Si Wafer
Diffusion
Thermisches Einbringen des Dotierstoffs in den Wafer
Beispiel: POCl3 wird bei 800°C über Bubbler in Ofen transportiert
Legierung
Ionenimplantation
Kernumwandlung
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Thermisches Einbringen des Dotierstoffs in den Wafer
Beispiel: POCl3 wird bei 800°C über Bubbler in Ofen transportiert
Diffusion
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Diffusion
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
1. Fick´sches Gesetz (eindimensionaler Fall)
Teilchenstromdichte J ist proportional zum
Konzentrationsgradienten dc/dx entgegen der Diffusionsrichtung
Proportionalitätskonstante ist Diffusionskoeffizient D
2. Fick´sches Gesetz (eindimensionaler Fall)
Sollte der fließende Teilchenstrom aus 1. nicht stationär sein, bedingt
eine zeitliche Änderung auch eine Änderung der Konzentrations-
änderung an einem bestimmten Ort. (Fluss Ab- oder Zunahme aus
erschöpflicher Quelle)
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Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Diffusionskonstanten
26.04.2018 www.tu-ilmenau.deSeite 71
Schritt 1:
Erzeugung von Ionen in einer
Quelle
Schritt 2:
Beschleunigung
Schritt 3:
Massenseparation
Schritt 4:
Nachbeschleunigung
Schritt 5:
Ablenkung / Implementierung
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Ionenimplantation
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(D Dosis, j Stromdichte, t Zeit, e Elementarladung, A Fläche)
(1 cm2, 1s)
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Ionenimplantation
26.04.2018 www.tu-ilmenau.deSeite 73
Diffusion vs.
Implantation
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Einteilung Demo-Seminar
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4 Gruppe 5 Gruppe 6
03.05.2018 12:45 Uhr Foyer ZMN
09.05.2018 10:45 Uhr Foyer ZMN
Hausaufgabe bis nächsten Mittwoch
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Video: Dotieren
Bitte anschauen!
Einführung in das reine Prozessieren
Waferherstellung
Lithografie
Hochtemperaturprozesse
Plasmaprozesse
Nasschemie
Einteilung der Technologien
26.04.2018 www.tu-ilmenau.deSeite 76
Vorlesung 3 & Seminar
Fachgebiet Nanotechnologie
Univ.-Prof. Dr. Heiko Jacobs Leslie Schlag
Kirchhoffbau Zimmer 3036 Zimmer 3034
Grundlagen der Mikro- und Nanoelektronik
Teilgebiet Nanotechnologie
Analyse Aufbau des Drucksensors
Si
SiO2
p-Si p-Si
Piezoresistive Gebiete Isolator / Passivierung
Membran
Leiterbahnen
Si-Substrat
SiO2SiO2
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Si-Membran mit trapezförmigem Flanken lässt sich nur durch spezielles
Ätzverfahren herauspräparieren.
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Einteilung der Ätzverfahren
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Nach Reagenz / Ätzmittel
Nasschemisch Trocken/Plasma
Nach Orientierung
Isotrop Anisotrop
Zusätzlich können Ätzmittel eine Selektivität gegenüber bestimmten Stoffen
aufweisen Bsp. aus VL 2: HF ätzt SiO2, jedoch kaum Si
Frage: Welche Kombination aus Reagenz und Isotropie wird sich eignen
zur trapezförmigen Membranherstellung?
Antwort: Anisotropes Nasschemisches Ätzen
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Einteilung der Ätzverfahren
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Anisotropes Nasschemisches Ätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Wodurch entsteht die Anisotropie?
Silizium Kristallstruktur
(Diamantgitter sp3)
zwei ineinander liegende KFZs Millersche Indizes und Netzebenen
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Anisotropes Nasschemisches Ätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Wie viele freie Bindungen besitzen Atome der (h k l) Ebene?
(1 0 0)
3 freie Bindungen(1 1 0)
2 freie Bindungen
(1 1 1)
1 freie Bindung
Daraus resultiert eine richtungsabhängige Ätzrate für
Bindungsangreifende Ätzmittel!
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Anisotropes Nasschemisches Ätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Nachweis der richtungsabhängigen Ätzrate durch Wagenrad Testmasken
Kristallorientierte Abhängigkeit der
Ätzrate (50% KOH-Lösung 78°C)
Rosetten-Muster auf dem Wafer
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Anisotropes Nasschemisches Ätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Was sind geeignete Ätzmittel um eine Si-Membran heraus zu ätzen?
KOH / H2O
KOH / H2O / IPA (Iso-Propanol)
EDP (Ethyldiamin, Pyrocatechol)
NH2(CH2)2NH2, C6H4(OH)2
TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid)
(CH3)4NOH
Hydrazin N2H4
Typischerweise alkalische Ätzmittel (OH-)
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Anisotropes Nasschemisches Ätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Vergleich der Ätzmittel
Ätz-Reaktion
𝑆𝑖 + 4𝑂𝐻− → 𝑆𝑖 𝑂𝐻 4 + 4𝑒−
K+ bildet mit e- metallische Reste in der Ätzlösung
Problem für Hochintegrierte Schaltungen – Verunreinigungen
Deshalb organische lösliche Ätzmittel TMAH und EDP
Drucksensor wird in Funktion durch Verunreinigungen nicht gestört!
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Anisotropes Nasschemisches Ätzen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Typische Ätzprofile bei Kristallorientierung
Erzeugung inverspyramidaler
Strukturen in (100)-Si
Erzeugung senkrechter
Gräben in (110)-Si
(111) Ebenen wirken Ätzlimitierend!
Themengebiet 3: Ätzverfahren
Einbindung in Flow Chart
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Substrat nach Diffusion des
Dotierstoffs
Si
SiO2
p-Si p-Si
SiO2SiO2
Si
SiO2
p-Si p-Si
SiO2SiO2
Si
SiO2
p-Si p-Si
SiO2SiO2
KOH
KOH Ätzen
Fertigätzen bis zur Zieldicke
Si
SiO2
p-Sip-Si
SiO2SiO2
Bestimmung der Ätzrate mit Profilometer
KOH
Frage 1: Wie können Ätzverfahren in der Halbleitertechnologie klassifiziert
werden?
Antwort: Nach Ätzmittel (Nasschemisch, Trocken/Plasma), nach Isotropie (Isotrop,
Anisotrop) und nach Selektivität (Bsp. HF ätzt SiO2 aber kaum Si)
Frage 2: Erklären Sie die Ursache des Anisotropen Ätzverhaltens des Si-
Substrats!
Antwort: Kristallgitter (2x KFZ um ¼a verschoben) führt zu unterschiedlicher
Anzahl freier Bindungen je nach Orientierung Orientierungsabhängige Anzahl
an Reaktionspunkten Beeinflusst die Ätzrate
Frage 3: Zeichnen Sie die KOH-Ätzprofile für folgende Substratquerschnitte:
Themengebiet 3: Ätzverfahren – typische Fragen
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
(110)-Si
SiO2 SiO2
(100)-Si
SiO2 SiO2
(111)(111)
26.04.2018 www.tu-ilmenau.deSeite 89
Versuch 1 Fotolithografie
Versuch 2 Nasschemisches Ätzen von Si
Versuch 3 Thermische Oxidation / Dotieren
Versuch 4Führung durch
Versorgung / Maintenance / Labore Versuch 5
Versuch 6
Demo-Seminar
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Einteilung Demo-Seminar
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4 Gruppe 5 Gruppe 6
03.05.2018 12:45 Uhr Foyer ZMN
09.05.2018 10:45 Uhr Foyer ZMN
Demo-Seminar
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Im Rahmen dieser Einführungsveranstaltung werden in den
nachfolgenden 2 Terminen nun die Technologien dieser Vorlesung
demonstriert!
Hinweise zum Demo-Seminar:
Bitte pünktlich 15 min früher da sein (wegen Umziehen)
- Bitte ungeschminkt
- ohne Haargel
- ohne Haarspray
- ohne Haarwachs erscheinen
- Keine Kontaktlinsen
- Taschen und Jacken bitte vorher in den Spinden im Keller des
ZMN verstauen!
26.04.2018 www.tu-ilmenau.deSeite 92
Übungsseminar
Fachgebiet Nanotechnologie
Univ.-Prof. Dr. Heiko Jacobs Leslie Schlag
Kirchhoffbau Zimmer 3036 Zimmer 3034
Grundlagen der Mikro- und Nanoelektronik
Teilgebiet Nanotechnologie
Themengebiet 1: Fotolithografie
Spin Coating - Übung
Dispense Ramp up /
Spreading
dw/dt > 0
Forming
dw/dt = 0
Drying
Aufgabe 1a: Berechnen Sie die kinematische und dynamische Viskosität
des AZ 1518, wenn das Verhältnis Polymer/Lösungsmittel 1:1 ist!
cPS – Stoffmengenverhältnis Polymer/Lösungsmittel
n - kinematische Viskosität w - Umdrehungen / s
h - dynamische Viskosität r - Dichte
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝𝜒𝑃𝑆3 ⋅ 𝑣
1 − 𝜒𝑃𝑆)𝜔 3 2
1 3
𝜈 =𝜂
𝜌mit
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 1: Fotolithografie
Fotolack Aufschleudern – Spin Coating
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝𝜒𝑃𝑆3 ⋅ 𝜐
1 − 𝜒𝑃𝑆)𝜔 3 2
1 3
𝜈 =𝜂
𝜌mit
w - Umdrehungen / s
h - dynamische Viskosität
Experimentell lässt sich bestimmen:
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝ 𝜂 1 3 ⋅ 𝜔−𝛼 mit a als Verdampfungsfaktor
des Lösungsmittels
Lacke werden standardmäßig als
Kombination aus dynamischer
Viskosität und Dicke d in µm bei
5000 RPM gelistet.
Beispiele:
AZ 1518 1,8 µm bei 5000 RPM
ECI 3007 0,7 µm bei 5000 RPM
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 1: Fotolithografie
Spin Coating - Übung
Dispense Ramp up /
Spreading
dw/dt > 0
Forming
dw/dt = 0
Drying
Aufgabe 1b: Wie lässt sich aus AZ 1518 ein AZ 1513 herstellen?
Berechnen Sie den entscheidenden Parameter!
cPS – Stoffmengenverhältnis Polymer/Lösungsmittel
n - kinematische Viskosität w - Umdrehungen / s
h - dynamische Viskosität r - Dichte
𝑑𝑓𝑖𝑙𝑚 ∝𝜒𝑃𝑆3 ⋅ 𝜐
1 − 𝜒𝑃𝑆)𝜔 3 2
1 3
𝜈 =𝜂
𝜌mit
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Themengebiet 1: FotolithografieLichtquellen - Übung
Aufgabe 2: Berechnen Sie die minimale Strukturbreite und die
Tiefenschärfe
a) für die i-Linie der Quecksilberdampflampe
b) einen Ar2 Excimer Laser
wenn für die numerische Apertur 0,7 bzw. 0,2 und für k und k2 = 0,5
angenommen werden kann! n für Quarzglas 1,46
𝑑min = 𝑘𝜆
n sin𝛩𝐷𝑂𝐹 = 𝑘2
𝜆
𝑛 sin𝛩 2
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Aufgabe 3: Erklären Sie den Ablauf der Oxidation / Dotierung an der
Oberfläche eines Siliziumswafers!
Themengebiet 2: Hochtemperaturprozesse
Ablauf der Reaktion an der Phasengrenze
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Transportgasstrom Transportgasstrom
Substrat
Sorptions- und DiffusionsschichtAdsorption
OF Diffusion Reaktion /
Absorption
Desorption
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Aufgabe 4: Gegeben ist ein SOI Wafer (Bild) mit Si (100) als Device-
Layer.
a) Welche Prozessschritte sind nötig, um die Device-Si-Schicht des
SOI Wafers in verschiedene Domänen (elektrisch isolierte Streifen) zu
strukturieren?
b) Wie lässt sich anschließend das SiO2 strukturieren?
Zeichnen Sie alle relevanten Prozessschritte, sodass erkenntlich
wird, wie sich die Wafer-Oberfläche mit jedem Prozessschritt ändert!
Querschnitt SOI Wafer
SiO2
Si
Si - Substrat
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4a:
Schritt 1 – Fotolack aufschleudern + Ausheizen
SiO2
Si
Si - Substrat
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4a:
Schritt 2 – Fotolack belichten
SiO2
Si
Si - Substrat
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4a:
Schritt 3 – Fotolack entwickeln
SiO2
Si
Si - Substrat
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4a:
Schritt 4 – KOH Ätzen
SiO2
Si
Si - Substrat
𝑆𝑖 + 4𝑂𝐻− → 𝑆𝑖 𝑂𝐻 4 + 4𝑒−
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4a:
Schritt 5: Resist entfernen – fertige Struktur
SiO2
Si
Si - Substrat
SiO2
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4b:
Schritt 1: Oxidätzen – (I) Si wirkt als Ätzmaske oder (II) zusätzlicher
Fotoresist wird aufgebracht
(I) (II)
Si
Si - Substrat
SiO2
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lösung Aufgabe 4b:
Schritt 2: Resist entfernen und fertig
Si
Si - Substrat
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Prozessbezeichnung Praktikum Drucksensor
Projekt/BgA-Thema Technologiepraktikum
Verantwortlicher/Tel./FG ZMN/IMN
Bemerkung
Datum Name Ablaufplanung Soll Ist
Erstellung 28.04.15 Albrecht Prozessstart
Freigabe Fertigstellung
Substrate Art, Größe Zahl Bemerkung
Silicium <100> orientiert, einseitig
poliert, 380 µm dick,
3“
1 Vorprozessiert
2,1 µm SiO2
110 nm Poly-Si, n-dotiert
Maskenname Typ Größe Bemerkung
Maske 1 Folienmaske 4“ Poly-Silicium
Maske 2 Folienmaske 4“ Schutzmetallisierung
Maske 3 Folienmaske 4“ Kontakte
Maske 4 Folienmaske 4“ Membranen
Exkurs: Flow Chart Drucksensorpraktikum EI_MNE / MNT
Drucksensor-/Technologiepraktikum umfasst eigentlich 6 x 3h Versuche
Exkurs: Flow Chart Drucksensorpraktikum EI_MNE / MNT
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Praktikum 0 Oxidation der Ausgangswafer und Ellipsometrie
Praktikum 1 Strukturierung Poly-Si durch Plasmaätzen nach Maskierung
Nr. 1 Prozess: Lithografie
Vorgaben: Belackung
Positivlack ARP 3510
Anlage: Spin-Coater Convac
Lackauftrag: ca. 2 ml im Stand mit Pipette auf Sensorseite (poliert)
Formieren: 5 s bei 800 rpm, Abschleudern: 25 s bei 6000 rpm
Tempern
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 60 s
Belichtung
Anlage: Justier- und Belichtungsgerät JuB
Maske 1 „Poly-Silicium“
a) Substrat ausrichten b) Maske ausrichten c) Justierung
Belichtungszeit: 15 s
Entwicklung
in Glasschale
Alkalischer Entwickler AR300-35
15 s Bad 1, 15 s Bad 2
Spülen in DI-Wasser 30 s
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
Ausheizen
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C, Zeit: 300s
Messungen: Visuelle Kontrolle unter Mikroskop
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 1 Prozess: Plasmaätzen Poly-Si
Vorgaben: Anlage: Plasmaätzer (Parallelplattenreaktor, 13,56 MHz)
Gas: SF6 40 sccm
Druck: 0,2 mbar
Leistung: 50 W
Zeit : 2 min
Vorderseite und unmaskierte Rückseite ätzen
Messungen: Kontrolle des Ergebnisses unter Mikroskop
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 2 Prozess: Resist entfernen
Vorgaben: Absprühen
in Glasschale mit Spitzflasche unter Abzug, besser:
in Zentrifuge (um Polymerfilme zu lösen und abzuschleudern)
mit Aceton und Isopropanol (Zugabe während Rotation)
nach Bedarf: Abziehen mit Wattestäbchen
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
mit Isopropanol und anschließend mit DI-Wasser absprühen (während Rotation)
Messungen: Kontrolle auf vollständige Lackentfernung unter Mikroskop
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
1 2
3
Nr. 1 Prozess: Cr-Ätzen
Vorgaben: Ätzer: Honeywell Cr-Etch 3144 Puranal
in Schale unter Abzug mit leichter Waferbewegung
Zeit: ca. 3 min
Spülen
in DI-Wasser (im Spülbecken) über 60 s
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
Messungen:
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 2 Prozess: Lack entfernen
Vorgaben: Absprühen
in Glasschale unter Abzug
mit Aceton und Isopropanol
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
mit Isopropanol und anschließend mit DI-Wasser absprühen (während Rotation)
Messungen:
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Praktikum 2: Aufbringen der Chrom-Schutzmetallisierung durch ganzflächiges Bedampfen und Cr-Ätzen nach
Maskierung
Nr. 1 Prozess: Cr-Bedampfung
Vorgaben: Ausheizen (unmittelbar vor der Bedampfung)
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 300s
Cr-Bedampfung auf Sensorseite (poliert)
Anlage: B30 (Elektronenstrahlverdampfung)
Prozesskammerbasisdruck: < 9*10-5 mbar
Temperatur: RT
Schichtdicke: 200 nm
Messungen: Schichtdickenmessung mit Schwingquarzsensor
Bemerkung: 10 min Abkühlen vor der Belüftung
Erden des Probenhalters vor der Entnahme
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 2 Prozess: Lithografie
Vorgaben: Belackung
Positivlack ARP 3510
Anlage: Spin-Coater Convac
Lackauftrag mit Pipette ca. 2 ml im Stand auf Sensorseite (poliert)
Formieren: 5 s bei 800 rpm, Abschleudern: 25 s bei 6000 rpm
Tempern
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 60 s
Belichtung
Anlage: Justier- und Belichtungsgerät JuB
Maske 2 „Schutzmetallisierung“
a) Substrat ausrichten b) Maske ausrichten c) Justierung
Belichtungszeit: 15 s
Entwicklung
in Glasschale
Alkalischer Entwickler
15 s Bad 1, 15 s Bad 2
Spülen in DI-Wasser 30 s Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
4
5
6
7
Exkurs: Flow Chart Drucksensorpraktikum EI_MNE / MNT
Nr. 1 Prozess: Lift-Off
Vorgaben: in Glasschale unter Abzug mit Aceton
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
mit Isopropanol und anschließend mit DI-Wasser absprühen (während Rotation)
Messungen:
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 1 Prozess: Aluminium-Bedampfung
Vorgaben: Al-Bedampfung auf Sensorseite (poliert)
Anlage: B30 (thermische Verdampfung)
Prozesskammerbasisdruck: < 9*10-5 mbar
Temperatur: RT
Schichtdicke: 200 nm
Messungen: Schichtdickenmessung mit Schwingquarzsensor
Bemerkung: 10 min Abkühlen vor der Belüftung
(Erden des Probenhalters nicht notwendig, da kein Elektronenstrahl)
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Praktikum 3: Versuche zur Lithografie
Praktikum 4: Aluminiumbedampfung nach Maskierung und Lift-off
Nr. 1 Prozess: HF-Dip
Vorgaben: HF-Dip
Anlage: Nassbank, HF-Bad 5%
Temperatur: RT
Zeit: 10 s
Spülen
in DI-Wasser (im Spülbecken) über 180 s
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
Tempern
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 30s
Messungen:
Bemerkung: Nur durch Laboranten durchzuführen!!! Schwere Verätzungsgefahr
beim Umgang mit HF!!!
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 2 Prozess: Lithografie
Vorgaben: Belackung
Positivlack ARP 3510
Anlage: Spin-Coater Convac
Lackauftrag mit Pipette ca. 2 ml im Stand auf Vorderseite (poliert)
Formieren: 5 s bei 800 rpm, Abschleudern: 25 s bei 5000 rpm
Tempern
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 60s
Belichtung
Anlage: Justier- und Belichtungsgerät JuB
Maske 3 „Kontakte“ (auf Sensorseite)
a) Substrat ausrichten b) Maske ausrichten c) Justierung
Belichtungszeit: 15s
Entwicklung
In Glasschale Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
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Exkurs: Flow Chart Drucksensorpraktikum EI_MNE / MNT
Nr. 1 Prozess: Oxid-Ätzen
Vorgaben: HF-Bad 5%
Temperatur: RT
Zeit: 20 min
Spülen
in DI-Wasser (im Spülbecken) über 180 s
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
Messungen: Kontrolle der geätzten Oberflächen auf hydrophobes Verhalten
Bemerkung: Nur vom Laboranten durchzuführen!!! Schwere Verätzungsgefahr
beim Umgang mit HF!!!
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 2 Prozess: Lack entfernen
Vorgaben: Absprühen
In Glasschale unter Abzug mit (!) Schutzfolie
(die Schutzfolie würde sonst das Aluminium mit abreißen, sie löst sich selbstständig
im Acetonbad)
mit Aceton und Isopropanol
Trockenschleudern
Anlage: Schleuder auf Nassbank
Mit Isopropanol und anschließend mit DI-Wasser absprühen (in Rotation)
Messungen:
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 3 Prozess: Schutzbelackung
Vorgaben: Vorbehandlung
Anlage: Hotplate
Temperatur: 150°C
Zeit: 60s
Teststrukturen mit Folie abdecken
Belackung
Anlage: Spin-Coater Convac (rechts)
Schutzlack SX AR-PC 5000/19 (KOH-beständig)
Lackauftrag mit Pipette ca. 2 ml auf Sensorseite (poliert)
Formieren: 5s bei 500 rpm, Abschleudern: 25s bei 1000 rpm
Teststrukturen freilegen / Folie abziehen
Tempern
Praktikum 5: Vorbereitung des anisotropen Rückseitenätzens nach Maskierung
Nr. 1 Prozess: Lithografie
Vorgaben: Vorbehandlung:
Anlage: Exikkator
HMDS (Hexamethyldisilazane) in Schälchen
Wafer auf Hotplate erwärmen (3 min bei 115°C) und heiß (!) einbringen
Belackung Positivlack ARP 3510
Anlage: Spin-Coater Convac
Lackauftrag mit Pipette ca. 2 ml auf Vorderseite (poliert)
Formieren: 800 rpm, Abschleudern: 6000 rpm
Tempern
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 60 s
Vorbehandlung:
Anlage: Exikkator
HMDS (Hexamethyldisilazane) in Schälchen
Wafer auf Hotplate erwärmen (3 min bei 115°C) und (!) heiß einbringen
Belackung Positivlack ARP 3510
Anlage: Spin-Coater Convac
Lackauftrag mit Pipette ca. 2 ml auf Rückseite (unpoliert)
Formieren: 800 rpm, Abschleudern: 6000 rpm
Tempern
Anlage: Hotplate
Temperatur: 115°C
Zeit: 60 s
Belichtung
Anlage: Justier- und Belichtungsgerät JuB
Maske 4 „Membranen“ (auf Rückseite)
a) Substrat ausrichten b) Maske ausrichten c) Justierung
Belichtungszeit: 15 s
Entwicklung
In Glasschale
Alkalischer Entwickler
15 s Bad 1, 15 s Bad 2
Spülen in DI-Wasser 30 s Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
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14
15
Exkurs: Flow Chart Drucksensorpraktikum EI_MNE / MNT
Praktikum 6: Herstellung der Membran durch anisotropes Rückseitenätzen nach Maskierung:
Nr. 1 Prozess: KOH-Ätzen
Vorgaben: Poly-Si-Ätzen
Anlage: Ätzbad KOH auf Nassbank
KOH 25%
Temperatur: 90°C
Zeit: 200 min
Spülen
in DI-Wasser (im Spülbecken)
Zeit: ca. 60 s
Messungen: Kontrolle der Ätztiefe unter Mikroskop anhand der Teststrukturen
Bemerkung: Vor dem Praktikum auf ca. 90% Ätztiefe vorätzen.
Im Praktikum fertig ätzen.
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Nr. 2 Prozess: Schutzlack entfernen
Vorgaben: Unter Abzug
Eventuell Remover AR 300-70 benutzen
Temperatur: 40°C
Spülen
in DI-Wasser (im Spülbecken)
Zeit: ca. 60 s
Trockenblasen
mit Druckluft
Messungen:
Bemerkung:
Bearbeitung: Datum: Name: Gebucht:
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
16
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Der Prozessablauf zeigt, dass
jeder Technologieschritt aus
mehreren Teilprozessen besteht!
Exkurs: Flow Chart Drucksensorpraktikum EI_MNE / MNT
Die weiteren Grundfragestellungen:
Welche Technologien fließen in die Produktion eines
bestimmten Halbleiterbauelements ein?
Welche Grundprozesse sind nötig um Siliziumbasierte
Halbleitertechnologie zu betreiben?
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Aus Grundlagen der Elektronik ist bekannt:
Aufbau MOSFET
Gate
p-Si
SiO2
n+ n+
MetallSource Drain
Si-Scheibe
Si-Wafer
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxidation
SiO2-Schicht
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lack-Schicht
Photoresist
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Foto-Maske
Fotomaske
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Belichtung
Belichtung mit UV
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Entwicklung
Entwickeln
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxid-Ätzen
SiO2-Ätzen
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lackentfernung
Resist entfernen
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Dotierung
Dotieren mit Phosphor (Diffusion) bei 1000°C
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxid-Ätzen
Entfernen der SiO2-Maske
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxidation (Feldoxid)
Oxidation
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lack-Schicht
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Foto-Maske
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Belichtung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Entwicklung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxid-Ätzen
Oxid ätzen
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lackentfernung
Feldoxid
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxidation (Gateoxid)
Gateoxid wachsen
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lack-Schicht
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Foto-Maske
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Belichtung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Entwicklung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Oxid-Ätzen
Gateoxid strukturieren
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lackentfernung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Metall-Abscheidung
Metallisierung Source / Drain
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lack-Schicht
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Foto-Maske
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Entwicklung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Metall-Ätzen
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lackentfernung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Tempern zur Herstellung niedriger Kontaktwiderstände
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Metall-Abscheidung (Gate-Metall)
Gateelektrode metallisieren
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lack-Schicht
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Foto-Maske
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Belichtung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Entwicklung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Metall-Ätzen
Gatemetall ätzen
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Lackentfernung
Gate fertig
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung
Passivierung
Passivierung
Flow Chart – Herstellung Transistor
Vorlesungsschwerpunkte: Schlüsseltechnologien zur Herstellung