Lehrbuch Mikrotechnologie - für Ausbildung, Studium und Weiterbildung

Geleitwort

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

1 Arbeitswelt der Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen

1.1 Die Geschichte der Mikrotechnologie

1.2 Anwendungsgebiete der Mikrotechnologie

1.3 Tätigkeitsbereiche von Mikrotechnologinnen und Mikro­technologen

1.4 Anforderungen an Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen

1.5 Die duale Berufsausbildung

1.6 Die grundlegenden Ziele der Ausbildung

1.7 Die Verantwortung für die Ausbildung

1.8 Weiterbildungsmöglichkeiten für ausgebildeteMikrotechnologinnen und Mikrotechnologen

1.9 Aufgabenpool

2 Werkstoffe in der Mikrosystemtechnik

2.1 Einführung

2.2 Silicium

2.2.1 Herstellung von Reinstsilicium inklusive Kristallzüchtung, Herstellung von elementaremSilicium/Metallurgical Grad Silicon (MGS)

2.2.2 Waferherstellung

2.2.3 Geometrie der Festkörper

2.2.3.1 Kristallgitter

2.2.3.2 Kristallfehler

2.2.4 Chemisches Verhalten von Silicium und seinen Verbindungen

2.3 Verbindungshalbleiter

2.4 Metallische Werkstoffe

2.4.1 Verschiedene Arten der Metalle

2.4.2 Physikalische Eigenschaften

2.5 Amorphe Werkstoffe

2.5.1 Kunststoffe

2.5.1.1 Herstellung von Kunststoffen

2.5.1.2 Eigenschaften von Kunststoffen

2.5.1.3 Anwendungen von Kunststoffen

2.5.2 Keramiken

2.5.3 Gläser

2.6 Aufgabenpool

3 Leitungsvorgänge in ausgewählten Werkstoffen

3.1 Spezifischer Widerstand und elektrische Leitfähigkeit

3.2 Eigenleitfähigkeit und Störstellenleitung

3.3 Bändermodell

3.4 Aufgabenpool

4 Aufbau und Funktionsweise elektrischer und elektronischer Bauelemente

4.1 Elektrische Widerstände

4.2 Kondensator

4.3 Spulen

4.4 Dioden

4.5 Bipolare und unipolare Transistoren

4.5.1 Bipolare Transistoren

4.5.2 Unipolare Transistoren

4.6 Speicherzellen

4.7 Operationsverstärker (OP)

4.8 Solarzellen

4.9 Aufgabenpool

5 Bedingungen für die Fertigung

5.1 Reinraumtechnik

5.1.1 Partikel

5.1.2 Reinraumklassen

5.1.3 Grundlagen Reinraumaufbau

5.1.4 Verhalten im Reinraum

5.1.5 Reinraumbekleidung

5.2 Reinraumluftversorgung und -entsorgung

5.2.1 Klimatechnik und ihre Komponenten

5.2.2 Prozessfortluftsysteme

5.3 Ver- und Entsorgung

5.3.1 Reinstmedientechnik

5.3.2 Neutralisation

5.3.3 Vakuumtechnik

5.4 Umgang mit Gefahrstoffen

5.5 ESD

5.6 Aufgabenpool

6 Qualitätsmanagement

6.1 Worum geht es beim Qualitätsmanagement?

6.1.1 Definitionen

6.1.2 Denken in Prozessen und kontinuierliche Verbesserung

6.2 Wofür Qualitätsmanagement?

6.3 Das QM-System

6.3.1 Regelwerk zur Erfüllung der Qualitätsanforderungen

6.3.2 Dokumentation des QMS

6.3.3 Die Norm als Messlatte

6.3.4 Überprüfung der Wirksamkeit durch Audits

6.3.5 Zertifizierung eines QMS

6.4 QM beim Management von Ressourcen

6.4.1 Personelle Ressourcen

6.4.2 Prüfmittelüberwachung

6.5 QM in der Produktion

6.5.1 Prozessplanung

6.5.2 Prozessentwicklung

6.5.3 Prozesskontrolle

6.5.4 Gesamtprozess

6.5.5 Lenkung fehlerhafter Produkte

6.5.6 Korrekturmaßnahmen und Kundenreklamationen

6.6 Q-Werkzeuge zur Vorbeugung

6.6.1 Ursache-Wirkungs-Diagramm

6.6.2 Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)

6.6.3 Q-Zirkel und Co.

6.6.4 5A-Aktion

6.7 Q-Werkzeuge zur Datenauswertung

6.7.1 Datensammelblatt

6.7.2 Histogramm

6.7.3 Pareto-Diagramm

6.8 Q-Werkzeug zur Prozess-Steuerung: StatistischeProzesssteuerung (SPC)

6.9 Aufgabenpool

7 Mess- und Prüfverfahren

7.1 Messung von Strukturbreiten – Mikroskopie

7.1.1 Auge, Lupe

7.1.2 Lichtmikroskop

7.1.3 Elektronenmikroskop

7.1.4 Rasterkraftmikroskop

7.1.5 Kristallstrukturanalyse

7.2 Messung von Schichtdicken und Oberflächen

7.2.1 Profilometer (mechanisch)

7.2.2 Schwingquarz

7.2.3 Reflexionsspektroskopie

7.2.4 Ellipsometrie

7.2.5 Interferometrie

7.2.6 Profilometer – (optisch)

7.3 Weitere Mess- und Prüfverfahren

7.3.1 Vierspitzenmessung

7.3.2 Röntgenmikroskopie

7.4 Aufgabenpool

8 Vom Ausgangsstoff zum Endprodukt

8.1 Allgemeiner Produktionsablauf

8.2 Produktionsablauf der Halbleitertechnik

8.3 Produktionsablauf des oberflächenmikromechanischen Beschleunigungssensors

8.4 Produktionsablauf des bulk-mikromechanischen Drucksensors

8.5 Aufgabenpool

9 Wafereingangskontrolle und Spezifikationen

9.1 Einleitung

9.2 Parameter zur Waferspezifikation

9.3 Mechanisch-physikalische Parameter bei der Waferherstellung

9.4 Praktisches Anwendungsbeispiel an einem 6?-Si-Wafer (150 mm)

9.5 Arten von Wafern in der Produktiom/Halbleiterfertigung

9.6 Bogen/Durchbiegung und Stress als kritische Parameter für die Produktion

9.7 Leitfähigkeitsüberprüfung nach SPC

9.8 Aufgabenpool

10 Beschichtungstechnologien

10.1 Thermische Oxidation

10.1.1 Trockene Oxidation

10.1.2 Feuchte Oxidation

10.1.3 Lokale Oxidation von Silicium

10.2 Beschichtungsverfahren aus der Gasphase

10.2.1 Physikalische Gasphasenabscheidung

10.2.2 Chemische Gasphasenabscheidung

10.2.3 Epitaxie

10.3 Galvanik und stromlose Abscheidung

10.3.1 Galvanik

10.3.2 Außenstromlose Abscheidung

10.4 Aufgabenpool

11 Photolithographie

11.1 Einführung in die Lithographie

11.1.1 Moore’s Law, die treibende Kraft

11.1.2 Prozessübersicht der Photolithographie

11.2 Vorbehandlung

11.2.1 Das Spin-On-Verfahren

11.2.2 Der Box-Primer-Prozess

11.2.3 Single Wafer Hot Plate

11.3 Belackung

11.3.1 Die Erfindung des Photolacks

11.3.2 Positiv- oder Negativlack

11.3.3 Bestandteile des Photolacks

11.3.4 Beschichtungsverfahren

11.4 Belichtung

11.4.1 Rehydrieren

11.4.2 Absorption von Licht im Lack

11.5 Entwicklung

11.5.1 Entwicklerprozess

11.5.2 UV-Cure

11.5.3 Reaktionen beim Entwickeln

11.5.4 Kenngrößen der Entwicklung

11.6 Spezielle Lacke

11.6.1 Dicke Lacke

11.6.2 Umkehrlacke – Lift-Off-Prozess

11.6.3 Negativlack

11.6.4 Deep Ultra Violet Resist

11.7 Optik – Grundlagen

11.7.1 Beugung am Spalt

11.7.2 Auflösung nach Ernst Abbe

11.7.3 Tiefenschärfe

11.8 Belichtungsverfahren

11.8.1 Kontaktbelichtung

11.8.2 Proximity-Belichtung

11.8.3 Projektionsbelichtung

11.8.4 Röntgenlithographie

11.9 Aufgabenpool

12Ätzprozesse

12.1 Einführung in das Thema Ätzen: Geschichtliches

12.2 Grundlagen Ätzen

12.3 Waferreinigung

12.4 Nasschemisches Ätzen

12.4.1 Ätzverfahren: Tauch- und Sprühätzen

12.4.2 Isotropes Ätzen von Metallen und Silicium (Si)

12.4.3 Anisotropes Ätzen von Si

12.5 Physikalische Trockenätzverfahren

12.5.1 Sputterätzen

12.5.2 Ionenstrahlätzen

12.5.3 Focused Ion Beam (FIB)

12.6 Chemisches Trockenätzverfahren: Plasmaätzen

12.7 Physikalisch-chemische Trockenätzverfahren

12.7.1 Reaktives Ionenätzen (RIE) und reaktives Ionentiefenätzen(DRIE)

12.7.2 Reaktives Ionenstrahlätzen(RIBE)/chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen (CAIBE)

12.8 Aufgabenpool

13 Dotierung

13.1 Anwendung der Dotierung

13.1.1 Piezoresistiver Kraftsensor

13.1.2 pn-Übergänge

13.2 Änderung der elektrischen Leitfähigkeit von Silicium

13.3 Dotierstoffe

13.4 Dotierprozesse

13.4.1 Diffusion

13.4.2 Ionenimplantation

13.4.3 Legierungsverfahren

13.4.4 Zusammenfassung

13.5 Aufgabenpool

14Fertigstellung mikrotechnischer Produkte

14.1Waferbearbeitung

14.1.1 Rückseitenmetallisierung

14.1.2 Verringerung der Scheibendicke

14.1.3 Trennen

14.2 Chipmontage und Wafermontage

14.2.1 Chipbonden

14.2.2 Waferbonden

14.3 Drahtbonden

14.3.1 Ultraschallbonden

14.3.2 Thermokompressionsbonden

14.4 Gehäuse

14.5Substrat- und Leiterplattentechnik

14.5.1 Leiterplattentechnik

14.5.2 Keramiksubstrat

14.5.3 Dickschichttechnik

14.6Montagetechniken und Montagetypen

14.6.1 Lead Frame

14.6.2 Chip on Board (COB)

14.6.3 Ball Grid Array (BGA)

14.6.4 Flip Chip (FC)

14.6.5 Tape Automated Bonding (TAB)

14.7Montageprozess – Löten

14.7.1 Montageprozess am Beispiel des Lötens von Bauteilen

14.7.2 Lesen eines Phasendiagramms

14.7.3 Lot aufbringen

14.7.4 Lot schmelzen

14.8Qualitätskontrolle

14.8.1 Drahtabrisstest = Pulltest

14.8.2 Schertest (shear test)

14.8.3 Querschliffe (cross section)

14. 9 Aufgabenpool

15 Prozessintegration

15.1 Leuchtdiode

15.2 Solarzelle

15.3 Bipolarer Transistor

15.4 CMOS

15.5 Mikro-Scannerspiegel

15.6 Aufgabenpool

16 Mikrosysteme

16.1 Sensoren

16.1.1 Beispiele für den Einsatz von Sensoren

16.1.2 Kapazitive Sensoren

16.1.3 Magnetfeldsensoren

16.1.4 Temperatursensoren

16.1.5 Piezoresistive Sensoren

16.1.6 Sensoren auf der Basis von Frequenzänderungen

16.2 Aktoren

16.2.1 Definition

16.2.2 Festlegung auf einige Begriffe

16.2.3 Skalierungsgesetze

16.2.4 ElektrostatischesAktorprinzip

16.2.5 Piezoelektrisches Aktorprinzip

16.2.6 Aktoren auf Basis des Formgedächtnis-Effektes

16.2.7 Elektromagnetisches Aktorprinzip

16.3 Aufgabenpool

17 Optische Mikrosysteme

17.1 Lichtemittierende Systeme

17.1.1 Leuchtdioden (LEDs)

17.1.2 Laserdioden

17.1.3 Organische Leuchtdioden

17.2 Lichtleitende Systeme

17.2.1 Wellenleiter

17.2.2 Mikrooptische Ringresonatoren

17.2.3 Photonische Kristalle

17.3 Lichtmodulatoren

17.3.1 Mikrospiegelmatrizen

17.3.2 Deformierbare Spiegel

17.3.3 Scannerspiegel

17.3.4 Scanner-Beugungsgitter

17.4 Lichtdetektoren

17.4.1 Photodioden

17.4.2 CCD-Bildsensoren

17.4.3 CMOS-Bildsensoren

17.4.4 Mikrobolometer

17.5 Aufgabenpool

18 Gedruckte Elektronik

18.1 Überblick

18.2 Warum gedruckte Elektronik?

18.3 Funktionsweise grundlegender elektronischer Bau-elemente

18.3.1 Überblick

18.3.2 Die Diode

18.3.3 Der Feldeffekttransistor

18.4 Materialien der gedruckten Elektronik

18.4.1 Grundvoraussetzungen bei Materialien für gedruckteElektronik

18.4.2 Substrat

18.4.3 Isolator

18.4.4 Halbleiter

18.4.5 Leiter

18.5 Materialabscheidung

18.5.1 Grundlagen

18.5.2 Abscheidemethoden

18.6 Anwendungsgebiete für gedruckte Elektronik

18.7 Aufgabenpool

Sachwortverzeichnis