MST Technologien und Prozesse (Subject) / MST Technologien und Prozesse (Lesson)

This lesson was created by Fareley.

Learn lesson

back  |  next 3 / 5

• Erläutern Sie die Teilschritte des Spin-Coatings sowie die wesentlichen Einflussparameter für die erzielte Schichtdicke bei dem Prozess. 1. Montage des Substrat auf Chuck2. Aufbringen des Mediums im Überschuss3. Vorschleudern (ca. 800rpm)4. Schleudern bei hoher Drehzahl (4000rpm)5. Entfernen und Trocknen des SubstratsEinflussparameter: Drehzahl, Viskosität des Lackes
• Erläutern Sie die Teilschritte des Langmuir-Blodgett-Beschichtungsverfahrens sowie die wesentlichen Einflussparameter für die erzielte Schichtdicke bei dem Prozess. 1. Tropfen der Lösung auf Wasseroberfläche2. Gelöste Moleküle verteilen und orientieren sich gleichmäßig3. Aufnahme des Films durch eintauchen eines Substrats4. Stabilisierung der gesamten Polymerschicht durch UV oder chemische AktivierungDie Anzahl der Eintauchungen definiert die Schichtdicke.
• Resisttechnik: Was ist ein Resist? Was unterscheidet einen Positiv-Resist und einen Negativ- Resist? Resist = strahlungempfindliches Polymer-> Selektiv strukturierbar-> Resistent gegen weitere folgende StrukturierungsprozessePositiv - Resist: die unbelichteten Bereiche bleiben stehen, die belichteten B. werden beimEntwickeln aufgelöst.Negativ - Resist: die belichteten Bereiche bleiben stehen, die unbelichteten B. werden beimEntwickeln aufgelöst                                           Positivr.                     Negativr. Min. Strukturbereite        < 0,5 μm                      Ca. 2 μm Aspektverhältnis                 Gut                           Mäßig Lift-off                                möglich                  Nicht möglich Staubpartikel                 Kaum Einfluss          Bewirken Löcher Kosten                                teuer                         günstiger
• Resisttechnik: Erläutern Sie die Begriffe „Lift-Off-Prozess“ und „Image Reversal“ Lift-Off-Prozesses "Strukturierung von Metallen ohne Ätzung".1. Strukturierung von Photoresist2. Ganzflächige Metallabscheidung3. Entwicklung des Photoresists (Metall auf Photoresist wird mitentfernt)4. Metall auf Substrat bleibt stehen Image Reversal:Resist wird zweimal belichtet und zwischen den Belichtungen chemisch so modifiziert,dass zuerst belichtete Struktur bei der zweiten Belichtung unlöslich ist. Dadurch verhältsich der Positivresist wie ein hochauflösender Negativresist.
• Welche Arten von Strahlung verwendet man in der Lithographie? Dabei werden sämtliche Strahlungsarten, wie Licht-, Röntgen- und Teilchenstrahlung, zurStrukturierung des Resists genutzt.
• Welche Arten von Masken werden in der Optischen Lithographie eingesetzt und wie sind diese aufgebaut? Was versteht man unter „Darkfield“ und „Lightfield“? Chrommaske: Quarzglasplatte mit einer strukturierten Chromschicht (Absorber)Lightfield: Strukturen sind lichtundurchlässig, der Rest durchlässig.Darkfield: Strukturen sind lichtdurchlässig, der Rest undurchlässig.
• Welche physikalischen Größen und welcher physikalische Effekt limitiert die Auflösung bei der „Proximity-Belichtung“? Nennen Sie zwei weitere Projektionsverfahren für die Belichtung? Wellennatur des Lichts -> Intensitätverteilung gemäß der "Frenel'schen Beugung" bmin = WURZEL ( λ *dprox ) bmin = minimale Strukturbreite λ = Wellenlänge des Lichts dprox = Proximityabstand weitere Projektionsverfahren: 1. Kontakt-Belichtung2. Abbildende Projektion
• Was versteht man unter einer phasenschiebenden Maske und was bringt diese? Drehung der Phase des Lichts, das durch benachbarte Schlitze der Maske hindurchtritt, um180°. In den Schattenbereich gebeugtes Licht zweier benachbarter Spaltöffnungeninterferiert destruktiv. Verbesserter Bildkontrast bzw. verbesserte Auflösung.
• Was versteht man unter dem „Tri-Level-Prozess“ und welchen Vorteil bringt dieser? Verwendung von Merhlagenresist.Lediglich eine sehr dünne Schicht wird optisch strukturiert.Darunterliegende Schichten werden durch Ätzverfahren strukturiert.Vorteil: Arbeiten mit kleiner Fokustiefe (abb. Projektion)Ausgleich der Topographie
• Was ist Ätzen? Abtragung der Oberfläche eines Festkörpers mit chemischen Reagenzienoder Teilchen hoher kinetischer Energie.
• Advertisement
• Was versteht man jeweils unter isotropen bzw. anisotropen Ätzen? isotropes Ä.: unabhängig von Richtunganisotropen Ä.: mit Vorzugsrichtung
• Wie sind die beiden Größen Anisotropiefaktor und Selektivität definiert? Anisotropiefaktor: mit lateraler bzw. vertikaler Ätzrate A = 1 - (Rl / Rv) Selektivität: Verhältnis der Ätzraten zweier Materialien(zu ätzendes M./ maskierendes M.) S = R1 / R2
• Nennen Sie jeweils ein typisches Ätzverfahren für Silizium mit hoher und geringer Anisotropie. hohe Anisotropie.: IBE (Ionenstrahlätzen)geringe Anisotropie. nasschemisches Ätzen
• Nennen Sie jeweils ein Ätzverfahren für Silizium mit hoher und niedriger Selektivität. hohe S.: nasschemisches Ätzenniedrige S.: IBE Ionenstrahlätzen
• Wie funktioniert das nasschemische Ätzen von Silizium durch HF? Zählen Sie die einzelnen Teilprozesse auf und geben Sie die chemische Reaktionsgleichung an. 1. Oxidation mit Salpetersäure2. Diffusion des Reagens an der Oberfläche3. Chemische Reaktion an der OF, dabei Überführung des zu ätzenden Stoffes in einer löslichen Verbindung4. Diffusion der Reaktionsprodukte in der UmgebungSiO2 + 4HF -> SiF4 + 2H2O
• Wie funktioniert der Materialabtrag durch ein gasförmiges Medium? Zählen Sie die einzelnen Teilprozesse auf. 1. Erzeugung reaktiver Teilchen2. Transport bzw. Beschleunigung der Teilchen zum Substrat3. Ätzung der Substratoberfläche4. Abtransport der Reaktionsprodukte
• Nennen Sie die charakteristischen Merkmale des Plasma-Ätzen. Nennen Sie eine typische Anwendung. Geringe AnisotropieHohe SelektivitätFreistehende Strukturen aus Aluminium ohne Opferschichttechnologie
• Warum und wie kann man durch Plasmaätzen freistehende Strukturen auf einer Waferoberfläche erzeugen? Durch Isotropie gibt es eine Unterätzung -> freistehende StrukturenAbscheidung Al auf Si-WaferStrukturierung von AlPlasmaätzen Si mit SF6 / O2 (Isotropes Ätzen von Si/ Al als Maskierung)
• Skizzieren Sie eine typische Anlagenkonfiguration beim Plasmaätzen und erläutern Sie in Stichpunkten den Ätzprozess. 1. Im Plasma entstehen durch Elektronenstoß reaktive Radikale.2. Radikale greifen Siliziumoberfläche an (starker chemischer/ schwacher physikalischerAngriff)3. Geringe beschleunigende Spannung http://img51.imageshack.us/img51/5563/plasmatzen.png  
• Erläutern Sie den Prozess sowie die charakteristischen Merkmale des sogenannten DRIE-Ätzens (auch bekannt als ASE-Prozess oder „Bosch“ Prozess). Kombination aus physikalischem und chemischem AngriffAlternierende Ätz- und Passivierungszyklen mit folgenden Gasen: SF6 für ÄtzenC4F8 für PassivierungMerkmale: Vertikale Seitenwände, Durchätzen des gesamten Wafers, Unabhängig vonWaferorientierung, gutes Aspektverhältnis
• Skizzieren Sie eine typische Anlagenkonfiguration für das Sputterätzen und erläutern Sie in Stichpunkten den Ätzprozess. 1. Gasentladung Inertgas (Argon) auf mittleren Bereich zwischen Platten beschränkt2. größerer Spannungsabfall an kleiner Elektrode (Elektroden laden sich negativ auf)3. Positive Ionen werden auf Elektroden hin beschleunigt (primär kleine E. da höhererSpannungsabfall) http://img88.imageshack.us/img88/3961/sputtertzen.png
• Warum ergibt sich beim Sputterätzen eine hohe Anisotropie? hohe A.:mittlere freie Weglänge großFeldlinien stehen senkrecht zur Waferoberfläche
• Zählen Sie vier typische Probleme beim Sputterätzen von tiefen Strukturen auf (es geht dabei jeweils um Abweichungen vom idealen vertikalen Profil). Erläutern Sie anhand einer Skizze oder verbal jeweils die Ursache für das betreffende Problem. Redepositionkeine chemische Umsetzung beim Zerstäuben Teilchen können wieder niederschlagen Ablagerungen an Seitenwänden ErosionsgräbenReflexion der Ionen an Seitenwändenlokale Erhöhung der Ionenstromdichte am Boden höhere ÄtzrateAusbildung von Erosionsgräben FacettenbildungEcken werden bevorzugt abgesputtertDurch Winkelabhängigkeit bilden sich bei anfänglich senkrechten Kanten schrägeFlanken > keine Erzeugung senkrechter Wände möglich Implantation der IonenEnergie ausreichend für oberflächennahe Implantation Schädigung bzw. Dotierung http://img3.imageshack.us/img3/1304/tzgraben.png
• Skizzieren Sie eine typische Anlagenkonfiguration beim Reaktiven Ionenätzen und erläutern Sie in Stichpunkten den Ätzprozess. Kombination aus chemischem und physikalischem AngriffIonen auf Substrat -> erzeugen Gitterfehler -> beschleunigen chemische ReaktionPolymer aus Ätzgas -> Ätzstopp http://img36.imageshack.us/img36/8366/rie.png
• Erläutern Sie welche Funktion die Opferschichten in der OMM haben und welche Eigenschaften bei der Auswahl des Materials wichtig sind. Distanzschichten, die die Funktionsschicht tragen und dessen Abstand zum Substrat definieren.isotrop ätzbarsehr selektiv gegen Strukturschicht ätzbarProzesskompatibilität
• Nennen Sie mindestens zwei typische Materialkombinationen von Opferschicht und Strukturschicht. Opferschicht: SiO2 – Strukturschicht: polykristallines SiliziumOS: Polymer – SS: Aluminium
• Erläutern Sie die Prozessabfolge, die notwendig ist, um auf einem Silizium-Substrat in der Oberflächenmikromechanik einen freistehenden Balken herzustellen (Skizze + Prozessfolge) 1. Abscheiden der Opferschicht2. Strukturierung der OS (isotrop oder anisotrop)3. Abscheidung der Strukturschicht (OS ganzflächig bedeckt)4. Strukturierung der SS (Ätzstopp an OS)5. Entfernen der OS (selektives, isotropes Ätzen) http://img521.imageshack.us/img521/5973/opferschicht.png
• Nennen Sie drei typische Probleme in der OMM und wie man versucht diese zu umgehen bzw. zu reduzieren? > Entfernen der OS nur bei kleinen, zusammenhängenden Flächen möglich:> Nur schmale Strukturen verwenden> Große Flächen müssen perforiert werdenInterne Spannungen:o Strukturen sollten extrem geradlinig und parallel zum Substrat verlaufenSticking:o Einsatz spezieller Trocknungsprozesseo Spacer (Puffer-Strukturen)/ Bumper (Prellbock) verwenden
• Warum bilden sich bei Polysilizium in der Oberflächenmikromechanik typischerweise mechanische Spannungen? Wie kann man diese reduzieren? Fehlanpassung an den Grenzschichten zwischen den SiliziumkristallitenReduktion der Spannung durch Tempern > Restrukturierung der Kristalliteführt zum Abbau innerer Spannungen
• Was bezeichnet man in der Oberflächenmikromechanik als Sticking und was ist der Grund für das Auftreten? Nennen Sie drei Methoden um das Problem zu umgehen. Sticking: Festkleben einer freistehenden Mikrostruktur am Boden.Ursache: Beim Trocknen des Substrats verdampft die Flüssigkeit im Raum zwischen der Struktur und dem Boden am langsamsten. Der Tropfen wird kleiner, die Opferflächenspannung nimmt zu und zieht die Struktur zu Boden.Methoden:1. Dichlorbenzolprozess2. Überkritisches Trocknen3. Veraschen von Photolack im Sauerstoffplasma4. Ätzen mit gasförmiger HF
• Advertisement
• Beschreiben Sie den Prozessablauf beim „Überkritischen Trocknen“ mit CO2. Skizzieren Sie den Weg im Phasendiagramm. Kritischer Punkt von CO2 liegt bei 31° C und 73 bar (Bonuspunkt)5PÄtzmedium wird zunächst durch Wasser, dann durch Alkohol ersetztAlkohol wird bei niedriger Temperatur und hohem Druck durch CO2 ersetzt (z.B. 25 oC; 81bar)Anordnung wird isobar auf 31°C erhitztAnordnung wird isotherm entspannt (überkritisches CO2 wird zum flüchtigen Gas) http://img716.imageshack.us/img716/5474/berkritischestrocknen.png
• Beschreiben Sie den Prozessablauf beim „Dichlorbenzolprozess“ (Umgehung des Tripelpunktes). Skizzieren Sie den Weg im Phasendiagramm. 1. Spülen mit deionisiertem Wasser2. Spülen mit 70°C warmem Isopropanol3. Spülen mit 70°C warmem Dichlorbenzol4. Isobares Abkühlen auf Raumtermperatur -> Dichlorbenzol wird fest5. Isothermische Sublimation des festen Dichlorbenzols im Vakuum http://img444.imageshack.us/img444/4201/dichlorbenzolprozess.png
• Diskutieren Sie die Vor- & Nachteile der „monolithischen Integration“. Vorteile:kleinere, kompaktere Systemedirekte Verbindungen > schnelleres, präziseres Arbeiten Nachteile:Einschränkungen bei der (mikromechanischen) Prozessführung <-> Abstimmung derHerstellungsprozesse von ME und MM aufeinander.
• „Silicon on Insulator“ –Substrate können mit unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden. Erklären Sie jeweils in einfachen Stichworten das BESOI und das SIMOX Verfahren. Erläutern Sie auch aus welchen englischen Begriffen sich die Abkürzungen BESOI (Back Etched Silicon On Insulator)Zwei oxidierte Wafer werden aufeinander gelegtHaftung durch AdhäsionAusheizen (1000°C) -> SiO2-Schichten wachsen zusammenAbtragen oberer Wafer bis auf gewünschte Dicke (Ätzen)/ Schleifen/ PolierenSIMOX = Separation by ion Implantation of OxygenImplantation von SauerstoffAusheilen bei hohen Temperaturen (SiO2/ Oberfläche einkristallin) Epitaxie (Verstärken des Si)
• Nennen Sie mindestens 4 Vorteile, welche die SOI Technologie gegenüber der herkömmlichen Oberflächenmikromechanik bietet? Strukturen in einkristallinem Silizium möglichVergrabenes Oxid leicht durch nasschemisches Ätzen (HF/ Plasma) entfernbarOxid dient als Ätzstopp in KOH oder beim PlasmaätzenElektronik kann auf Waferrückseite isoliert aufgebracht werdenGrößere Steifigkeit realisierbarSehr gute Aspektverhältnisse durch DRIE
• Zählen Sie für das SCREAM-Verfahren die einzelnen Prozessschritte einer typischen Prozessfolge auf. 1. Abscheidung von SiO2 mittels PECVD2. Strukturierung der Maske (SiO2)3. Übertragung der Maskenstruktur in den Siliziumwafer mittels RIE4. Isotropes Abscheiden von SiO2 mittels CVD zur Seitenwandpassivierung5. Anisotropes Ätzen der Oxidschicht mittels RIE > Entfernung der Oxidschicht amBoden6. Weitere Übertragung der Maskenstruktur in Si-Wafer mittels RIE7. Isotropes Ätzen von Silizium bis der Balken vollständig unterätzt ist.
• Welche Vorteile bieten Foundries und welche Einschränkungen unterliegt man bei Prozessierung in einer Foundry? Vorteile:kostengünstiger Zugang zu etablierten ProzesslinienDesignregeln schaffen Planungs- und Prozessicherheitetablierte Fertigungslinie reduziert die Probleme beim Übergang(Funktionsmuster > Prototyp > Serienprodukt)kostengünstige Prototypen/ Produktion in hohen Stückzahlen (durch MPW)Einschränkungen:strikte Designregel
• Beschreiben Sie die vertikale Schichtabfolge (es gibt bis zu 8 Schichten) sowie die Funktion der einzelnen Schichten beim OMM-Foundry Prozessder Firma Bosch (es sind keine Zahlenwerte gefordert). 1. Schicht: Wafer2. Schicht: Polsterschicht3. Schicht: Vergrabene Poly-Silizium Schicht ( untere Elektrode)4. Schicht: Oxid-Opferschicht5. Schicht: Epitaktisch aufgewachsenes Poly-Silizium (Funktionsschicht)6. Schicht: Metallisierung ( obere Elektrode)7. Schicht: Siliziumdeckel  zum Schutz der Mikrosystemstruktur8. Schicht: Höhe / „Abstandsschicht“  Abstand zwischen Deckel und Mikrostruktur
• Nennen Sie für OMM-Foundry Prozess der Firma Bosch mindestens 4 Designregeln, welche bei der lateralen Dimensionierung der Strukturen beachtet werden müssen (es sind keine Zahlenwerte gefordert). Freie Länge der Struktur (bei beidseitiger Einspannung) Freie Länge der Struktur (bei einseitiger Einspannung) Minimaler Abstand zwischen den funktionellen Strukturen Minimale Breite der Funktionsstrukturen Minimale Breite der Öffnungen für das Entfernen der Opferschicht Maximale Breite der Strukturen, welche durch Entfernen der Opferschicht freitragend gemacht werden sollen
• Beschreiben Sie die vertikale Schichtabfolge sowie die Funktion der einzelnen Schichten beim MUMPsTM -Foundry Prozess (es sind keine Zahlenwerte gefordert). 1. Substrat2. Siliziumnitrid (als el. Isolator)3. Polysilizium („Poly 0“) (el. Kontaktierung)4. Erstes Oxid (Opferschicht)5. Poly 1 (Erste Funktionsschicht)6. Zweites Oxid (Opferschicht)7. Poly 2 (Zweite Funktionsschicht)8. Metall
• Die Veröffentlichung von Kurt Peterson über „Silicon as a Mechanical Material“ läutete 1982 die Ära der BULK-Mikromechanik ein. Herr Peterson verglich die Eigenschaften von Silizium mit den Eigenschaften von Stahl. Vergleichen Sie qualitativ die nach                                                        Silizium                            StahlBruchspannung [GPa]                        7                                   2,1Knoop-Härte [kg/mm2]                      850                                660E-Modul [GPa]                                  190                                200Dichte [g/cm3]                                   2,3                                 7,9Thermische Ausdehnung [10-6/K]     2,3                                17,3   Silizium ist belastbarer, leichter und hat eine geringere therm. Ausdehnung als Stahl und ist elastisch bis zum Bruch.
• Erläutern Sie bitte nach welcher Gleichung die chemische Ätzung von Silizium in KOH erfolgt? Nennen Sie bitte die Gesamtgleichung und auch die Teilschritte. Gesamtbruttogleichung: Gesamtbruttogleichung: Si + 2OH- + 2H2O -> SiO2(OH)2- + 2H2 ↑Oxidation: Si + 2OH-  -> Si(OH)2+Reduktion: 4H2O + 4e-  -> 4H2O- -> 4OH- + 4H+ + 4e- ->  4OH- + 2H2 ↑Folgereaktion: Si(OH)2 + 4OH -> SiO2(OH)2 + 2H2O
• Skizzieren Sie den Aufbau eines Ätzgefäß für das anisotrope Ätzen von Silizium in KOH und benennen Sie die wichtigen Merkmale. http://img829.imageshack.us/img829/3087/anisotrop.pngMerkmale:Nasschemischer ProzessÄtzmedium stark abhängig von TemperaturNasschemisches Ätzen muss unter einem Abzug stattfinden
• Erläutern Sie qualitativ die Ursache warum Silizium-Atome in der 111 Ebene beim anisotropen Ätzen in KOH langsamer geätzt werden als Silizium-Atome in der 100 oder 110 Ebene. Si-Atome in {111}-Ebene haben eine freie Bindung/ drei im Kristall > fester gebunden{111}-Ebenen sind dichter gepackt
• Erläutern Sie qualitativ die Bestimmung der Ätzrate nach der Waggon-Wheel-Methode. 1. Testmaske mit Radialgitter von 1° Rasterweite wird geätzt2. Großer Radius bedeutet große ÄtzrateAbsolute Ätzrate abhängig von Ätzmedium/ Konzentration/ TemperaturAnisotropie wird durch Messungen der Unterätzung entlang verschiedener Kristallrichtungen bestimmt. Symmetrie wird sichtbar, in 111 Richtung keine Unterätzung.
• Vergleichen Sie die Ätzraten von 100-Silizium in KOH bei Standard-Bedingungen (30 % KOH; 80°C) mit den Ätzraten bei Raumtemperatur. Vergleichen Sie die Ätzraten von 100-Silizium in KOH mit den Ätzraten von SiO2 bei Standard- Bedingungen (30 % KOH; 8 Bei 80°C: 79 μm / StundeBei Raumtemperatur: 1,44 μm / Stunde Bei 80°C ~55 mal schneller als bei Raumtemperatur. Si bei 80°C: 79 μm / StundeSiO2 bei 80°C: ~0,44 μm / Stunde Bei 80°c wird Si 180 mal schneller geätzt als SiO2
• In welcher Kristallrichtung wird Silizium beim nasschemischen Ätzen mit KOH (Standardlösung 30%, 80 °C) am schnellsten und in welcher Richtung am langsamsten geätzt. Wie erklärt man sich den Unterschied? Konvexe Ecken werden am schnellsten geätzt, da die Atome keine 3 verbleibenden Bindungen mit dem Siliziumkristall besitzen >Bildung von schnellätzenden 411 Ebenenam langsamsten (111) am dichtesten gepackte Ebene, 3 Bindungen in den Kristall hinein,eine aus der Ebene hinaus
• Bei welcher Orientierung der Waferoberfläche lassen sich beim nasschemischen Ätzen von Silizium in KOH? a. Kanäle mit senkrechten Seitenwänden b. Kanäle mit Seitenwänden unter einem Winkel von 54,7 Grad erzeugen? a) Orientierung der Waferoberfläche: (110)-Si b) Orientierung der Waferoberfläche: (100)-Si
• Welche Eigenschaften sind für eine Maskierungsschicht wichtig, damit sich diese für einen Einsatz zum nasschemischen Ätzen von Silizium in KOH eignet? Gute bis sehr gute chemische Resistenz (hohe Selektivität) Gute Haftung auf dem SubstratGute Schichteigenschaften (keine ungewollten Maskenöffnungen)
• Nennen Sie mindestens zwei der gebräuchlichen Maskierungsschichten, die beim nasschemischen Ätzen von Silizium in KOH eingesetzt werden: Siliziumnitrid (Si3N4)Siliziumoxid (SiO2)Siliziumcarbid (SiC)Metalle

back  |  next 3 / 5