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MST (Fach) / Alle_neu (Lektion)

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• 4.18 Wie funktionieren bei der EUV die Masken und wie sind sie aufgebaut? Über Reflektion bzw. Absorption. EUV wird von jedem Medium sofort absorbiert => UHV nötig, und Transmissionsmaske unmöglich, genauso Abbildungsoptik nur via Spiegel Aufbau Spiegelflächen: viele abwechselnde Schichten von dünnen Si und Mo auf Bulk mit kleinem CTEAbsorption mit extra Absorptionsschicht
• 4.19 Wie ist ein Elektronenstrahlschreiber aufgebaut? Zeichnen Sie eine Skizze mit den wichtigsten Komponenten und erklären Sie deren Funktion. Aufbau Elektronenquelle (Glühkathode, oder Feldentladung (spitz))elektronenoptische Linse (Fokussierung)Kondensator zur Strahlaustastungelekronenoptische Linse (Fokussierung)Spulen zur Strahlauslenkung (Ortssteuerung)xy-Tisch (Strahlauslenkung erlaubt nur Fläche von 1 qmm => Tisch verfahrbar mit Laserinterferometer
• 4.20 Welche Schreibstrategien gibt es bei der Elektronenstrahllithographie? Vektorscan (nur zu beschreibende Stellen werden angefahren) shaped beam (entweder elektronenstrahl einfach nur quadratisch, dann aber rundungen problem und überlappungen) ODER1  rechteckblende zwischen elektronenquelle und elektronenoptischer linse, und dann ablenkungseinheit  und noch ne rechteckblende, dann substrat => Rechtecke variabel generierbar variably shaped beam
• 4.21 Was versteht man unter „Proximity Effekt“ bei der Elektronenstrahllithographie? Proximity-Effekt = Tatsache dass der Resist unter einem Auftreffpunkt birnenförmig entwickelt wird. Ursache: Neben erwünschtem lokalem Aufbrechen von Valenzbindungen: Vorwärts- und Rückwärtsstreuung von Primär- und Sekundärelektronen sowie Röntgenstrahlung (hohe Reichweite) durch Abregungsprozesse (Elektron fällt aus hoher Schale in niedrige Schale) =>Valenzelektronen werden auch an unerwünschten Orten aufgebrochenWirkung =>Valenzelektronen werden auch an unerwünschten Orten aufgebrochenVerringerte Auflösung
• 4.22 Was ist der Unterschied zwischen eine „Gaußschen Strahl“ und einem „geformten Strahl“? Gauß: punktförmig (downto 1 nm Durchmesser) und Gauss-förmige Intensitätsverteilung (in Mitte am höchsten) Shaped: rechteckförmiger Strahl. Gut wenn keine keine runden Ecken nötig (in MST problematisch, in ME wird Design danach ausgelegt)
• 5.1 Was ist Ätzen? Abtragung der Oberfläche eines Festkörpers mit chemischen Reagenzienoder Teilchen hoher kinetischer Energie.
• 5.2 Was versteht man jeweils unter isotropen und anisotropen Ätzen? isotropes Ä.: unabhängig von Richtunganisotropen Ä.: mit Vorzugsrichtung
• 5.3 Wie sind die beiden Größen Anisotropiefaktor und Selektivität definiert? Zeichen sie jeweils eine typisches Ätzprofil. Anisotropiefaktor: mit lateraler bzw. vertikaler Ätzrate A = 1 - (Rl / Rv) Selektivität: Verhältnis der Ätzraten zweier Materialien(zu ätzendes M./ maskierendes M.) S = R1 / R2
• 5.4 Nennen Sie jeweils ein typisches Ätzverfahren für Silizium mit hoher und geringer Anisotropie. hohe Anisotropie.: IBE (Ionenstrahlätzen)geringe Anisotropie. nasschemisches Ätzen
• 5.5 Nennen Sie jeweils ein Ätzverfahren für Silizium mit hoher und niedriger Selektivität. hohe S.: nasschemisches Ätzenniedrige S.: IBE Ionenstrahlätzen
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• 5.6 Wie funktioniert das isotrope nasschemische Ätzen von Siliziumoxid mit mit Flusssäuere (HF)? 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
• 5.8 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
• 5.9 Nennen Sie die charakteristischen Merkmale des Barrel-Ätzens. Nennen Sie eine typische Anwendung. Geringe AnisotropieHohe SelektivitätFreistehende Strukturen aus Aluminium ohne Opferschichttechnologie
• 5.10 Skizzieren Sie eine typische Anlagenkonfiguration für das Barrel-Ätzen und erläutern Sie in Stichpunkten den Ätzprozess. Durch welchen physikalischen Vorgang kommen die Radikale zum Substrat? Physikal. Vorgang: Diffusion Ätzprozess: Wechselspannung erzeugt Gasentladung (Plasma) und reaktive Radikalereaktive Radikale diffundieren durch Lochzylinder zu WaferReaktionProdukte diffundieren Aus Lochzylinder, VakuumpumpeAnlage: Wafer dicht gestapelt in Lochzylinder (feldfrei)runde Wand aus Quarzglas, an der AUßEN Elektroden dran sind, und darum dann halt noch normale WandPlasma zwischen Lochzylinder und QuarzglasGas- und Vakuum-AnschlussRF
• 5.11 Nennen Sie die charakteristischen Merkmale des Plasma-Ätzens. Zeichen Sie einen Schnitt durch eine Anlage und bezeichnen Sie die wichtigsten Komponenten. Nennen Sie eine typische Anwendung. Geringe AnisotropieHohe SelektivitätFreistehende Strukturen aus Aluminium ohne Opferschichttechnologie
• 5.12 Warum und wie kann man durch Plasmaätzen freistehende Strukturen auf einer Wafer-Oberfläche 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)
• 5.13 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
• 5.14 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
• 5.15 Was versteht man unter Seitenwandpassivierung beim Reaktiven Ionenätzen? Abscheidung eines für die chemische Komponente inerten Passivierungsfilms aus den Ätzgasen (Polymer), der an den Wänden nicht weggesputtert werden kann und dafür sorgt dass senkrechte Wände geätzt werden können
• 5.16 Was ist der Unterschied in den Anlagen beim RIE und RIBE? Was bedeuten die Abkürzungen RIE und RIBE? Welche Vor- und Nachteile hat das RIBE gegenüber dem IBE? RIE = reactive ion etching RIBE = reactive ion beam etching Anlagenunterschied: Anlage bei RIBE wie bei IBE (Plasma von Substrat getrennt, Magnetron und komische Kathode, Beschleunigungsgitter, Neutralisator, neigbarer Substrathalter, nur halt reaktive Gaskomponente), RIE wie bei IE/Sputterätzen: Substrat im Plasma, größere Targetanode Vor- und Nachteile mehr Prozessfreiheitsgrade (Ionenenergie unabh. von Ionenstromdichte regelbar)komplexere Anlagegeringere Ätzrate
• 5.17 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
• 5.18 Skizieren 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)
• 5.19 Was ist der Unterschied in der Anlagenkonfiguration beim IE und IBE? Was bedeuten die Abkürzungen IE und IBE? Was sind die Vor- und Nachteile? IE: Substrat in Plasma, einfach wie Sputteranlage bloß Substrat auf Kathode IBE: Substrat von Plasma getrennt, Druck noch geringer (10^-3 Pa), Drahtkathode, Magnetron nötig wegen geringem Druck, Beschleunigungsgitter, Neutralisator, Neigbarer Substrathalter IE=ion etching (Sputterätzen) IBE=ion beam etching (Ionenstrahlätzen) Vorteile und Nachteile IE gegenüber IBE: einfachere Anlagenkonfigurationweniger Prozesskontrolle möglich (Ionenstrom und Energie nicht getrennt steuerbar)geringere ÄtzrateSubstrathalter nicht per se neigbar => Ätzprofil eingeschränkter
• 5.20 Warum ergibt sich beim Sputterätzen eine hohe Anisotropie? hohe A.:mittlere freie Weglänge großFeldlinien stehen senkrecht zur Waferoberfläche
• 5.21 Vergleichen Sie das Plasmaätzen, Sputterätzen und Reaktive Ionenätzen bezüglich Selektivität, Anisotropie und Ätzrate. Welches Verfahren ist am vorteilhaftesten? PE geringe anisotropieselektivlangsamRIE anisotropselektivschnellIE unselektivanisotroplangsam=> RIE = eierlegende wollmilchsau
• 5.22 Mit welchen Verfahren (Plasmaätzen, Reaktives Ionenäzen, Sputterätzen) lassen sich Gräben mit senkrechten Wänden bei gleichzeitig hoher Ätzrate erzeugen? Welches Verfahren liefert bezüglich senkrechter Wände das beste Ergebnis? nur mit RIE. senkrechteste Wände auch RIE wegen Seitenwandpassivierung, was bei Sputterätzen nicht geschieht
• 5.23 Zählen Sie vier typische Probleme (Abweichungen vom idealen vertikalen Profil) beim Sputterätzen von tiefen Strukturen auf. 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
• 5.24 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
• 6.1 Benennen Sie entsprechend der Reihenfolge bei der Prozessierung die wichtigsten Prozessschritte bei der Herstellung eines CMOS-Transistors entsprechend der nachfolgenden Abbildung, die einen Querschnitt durch den Aufbau zeigt. Zeichen sie nach einzelnen Prozessschritten jeweils die Struktur des CMOS-Transistors im Querschnitt und bezeichnen sie die einzelnen Schichten. Prozessfolge 1.Start: p- Wafer reinigen und dünne SiO2-Schicht (LPCVD oder therm. ox., als Stressausgleich2.LOCOS (LPCVD Si3N4 abscheiden, Photolithografie, Si3N3 ätzen, Resist entfernen, thermische Feuchtoxidation, Si3N4 ätzen)3.Implantation p-Wanne (Photolithograpie, Bor-Ionenimplantation, Resist veraschen)4.Implantation n-Wanne (Photolithogrphie, Phosphor-Ionenimplantation, Resist veraschen, Annealing5.Gateoxid (minderwertiges Oxid entfernen, thermische Trockenoxidation)6.Polysilizium-Gate-Elektrode (LPCVD-Silan-Abscheidung Polysilizium, Photolithographie, Polysilizium ätzen (RIE), Resist entfernen) Polysilizium als Leiter wegen späteren Hochtemperaturschritten8.n+ Implantation für Drain & Source (Photholithografie, Implantation, veraschen)9.p+ Implantation für Drain & Source (Photolithografie, Implantation, veraschen, Annealing)10.Planarisierung und Passivierung mit BPSG (BPSG mit LPCVD abscheiden, Annealing damit verfließt bei 900°C)11.Elektrische Kontakte öffnen (Photolithographie, BPSG und SiO2 darunter mit HF wegätzen da HF diese ätzt, nicht aber Polysilizium uns einkristallines Si, Resist entfernen)12.Metallisierung (Al Magnetron-Sputtern, Photolithographie, Al nasschemisch ätzen, Tempern damit ohmscher Kontakt)
• 6.2 Benennen Sie die wichtigsten Prozessschritte bei der Herstellung einer Diode. Zeichen sie auch nach den einzelnen Prozessschritten die Struktur der Diode im Querschnitt. Eine Draufsicht und ein Schnitt durch die Diode sind in den nachfolgenden Abbildungen gezeigt. In der Draufsicht auf die Diode ist die elektrische Kontaktierung (blau) eingezeichnet. Im Schnitt hingegen ist die elektrische Kontaktierung nur durch die punktierten Linien angedeutet. Prozessfolge (Beispiel: n-dotierter Wafer) Strukturierte p-Dotierung (n-dotierten Wafer reinigen, Belacken, Belichten, Entwickeln, Bor Ionenimplantation, veraschen, Annealing)Strukturiererte Isolation mit Kontaktöffnungen (SiO2 mit CVD-Prozess abscheiden, Photolithographie, SiO2 mit HF nasschemisch ätzen da selektiv gegenüber Si, Entwickler removen)Metallisierung (Al sputtern, Photolithografie, Al nasschemisch ätzen, Resist entfernen, TEMPERN damit ohmscher Kontakt)Wichtig bei Diode: pn-Übergang, d.h. implantiertes p-Gebiet reicht nicht zu beiden Isolatoröffnungen!
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• 6.3 Benennen Sie die wichtigsten Prozessschritte bei der Herstellung eines elektrischen Widerstandes. Zeichen sie auch nach den einzelnen Prozessschritten die Struktur des Widerstandes im Querschnitt. Eine Draufsicht und ein Schnitt durch den Widerstand sind in den nachfolgenden Abbildungen gezeigt. In der Draufsicht auf den Widerstand ist die elektrische Kontaktierung (blau) eingezeichnet. Im Schnitt hingegen ist die elektrische Kontaktierung nur durch die punktierten Linien angedeutet. Prozessfolge (Beispiel: n-dotierter Wafer) Strukturierte p-Dotierung (n-dotierten Wafer reinigen, Belacken, Belichten, Entwickeln, Bor Ionenimplantation, veraschen, Annealing)Strukturiererte Isolation mit Kontaktöffnungen (SiO2 mit CVD-Prozess abscheiden, Photolithographie, SiO2 mit HF nasschemisch ätzen da selektiv gegenüber Si, Entwickler removen)Metallisierung (Al sputtern, Photolithografie, Al nasschemisch ätzen, Resist entfernen, TEMPERN damit ohmscher Kontakt)Wichtig bei Widerstand: pn-Übergang, d.h. implantiertes p-Gebiet reicht zu beiden Isolatoröffnungen!
• 6.4 Erläutern Sie welche Funktionen die Opferschichten in der Oberflächenmikromechanik (OMM) haben und welche Eigenschaften bei der Auswahl des Materials wichtig sind. Funktionen dienen als Distanzschichttragen Funktionsschichtdefinieren Abstand der Funktionsschicht zum SubstratMaterialeigenschaften isotrop und hoch selektiv gegenüber Funktionsschicht ätzbarProzesskompatibilität (v.a. CMOS)
• 6.5 Nennen Sie mindestens zwei typische Materialkombinationen von Opferschicht und Strukturschicht bei der Oberflächenmikromechanik (OMM). SiO2 - Polysilizium Polymer - Alu
• 6.6 Erläutern Sie mit Skizzen die Prozessabfolge, die notwendig ist, um auf einem Silizium-Substrat in der Oberflächenmikromechanik (OMM) einen freistehenden Balken entsprechend nachfolgender Abbildung herzustellen. Funktionsstruktur soll aus Polysilizium sein. Abscheidung der SiO2-Opferschicht (thermische Oxidation, oder CVD)Strukrurierung der Opferschicht (Photolithografie, SiO2 je nach gewünschter Form mit HF selektiv gegen Si ätzen oder anisotrop Trockenätzen, Resist entfernen)Abscheidung der Strukturschicht Polysilizium (CVD, z.B. LPCVD)Strukturierung Strukturschicht (Photolithografie, z.B. RIE oder Sputterätzen, Resist entfernen)Opferschicht entfernen (selektiv isotrop, z.B. HF ätzen)
• 6.7 Erläutern Sie qualitativ die Ursache warum Silizium-Atome in den {111}-Ebenen beim anisotropen Ätzen langsamer geätzt werden als Silizium-Atome in den {100}- oder {110}-Ebenen. weil sie dichter gepackt ist, d.h. nur 1 Bindung eines jeden Tetraeders ragt heraus, bei den beiden anderen Ebenen sind es 2
• 6.8 Welche Ätzlösung wird beim anisotropen Ätzen in Silizium hauptsächlich verwendet? Bei welcher Temperatur läuft der Ätzprozess ab? Welche Konzentration verwendet man üblicherweise? Wie groß ist größenordnungsmäßig die Ätzrate? Ätzlösung für Si: 30% KOH in wässriger Lösung Temperatur: 60-100°C, typisch 80°C Konzentration: 30% Ätzrate: 80 µm / Stunde
• 6.9 Was versteht man unter Eckenkompensation? Motivation Ätzstopebenen wirken beim KOH-Ätzen nur in konkaven Eckenin konvexen Ecken findet durch (411) Ebenen komplette Unterätzung stattMaßnahme Ätz-Lithographie-Maske so gestalten dass statt normalen Ecken bestimmte an die Wafer-oberfläche und Orientierung angepasste Strukturen rausstehen, bei (100) Wafer z.B. bands (am besten), beams, squares und triangle Strukturen rausstehen.diese werden weggeätzt, geben bei bestimmter Ätz-Stopzeit aber gewünschtes Eckenprofil
• 6.10 Wie funktioniert der elektrochemische Ätzstopp in einer KOH-Ätzlösung? Chemie: Si + 2 OH-  --> Si(OH)2++ + 4e-Si(OH)++    + 4 OH-  --> SiO2(OH)2  -- + 2 H2ONebenreaktion: 4 H2O + 4 e-   --> 4 OH-  + 2 H2 Ätzprozess ist 2-stufig, wobei 1. Stufe ne Redoxreaktion ist, die OH- Ionen bildet. Diese werden in der 2. Stufe verbraucht. Werden elektronen abgesaugt werden keine OH- Ionen mehr gebildet, und der Ätzprozess kommt zum Erliegen. Die Nebenreaktion stellt die OH- Ionen für Reaktion 2 zur Verfügung. Werden die e- vorher abgesaugt werden keine neuen OH- Ionen gebildet und die zweite Reaktion findet nicht mehr statt, Stop. Methode zu ätzende Si-Bereiche: p-DotiertÄtzstop: n-dotiertElektrische Spannung angelegt: n-dotiert auf Plus, Pt-Gegenelektrode auf Minus (bis Ätzstop ist p-dotiert auf Gegenelektrodenpotential) => Sperrrichtung; Elektronen die beim p-Ätzen zwischenzeitlich entstehen können nicht wegwenn die Ätzstop erreicht ist gibt es keine Sperrichtung mehr und zwischenzeitlich Entstehende Elektronen werden zur Platinelektrode abgesaugt.
• 6.10 Wie funktioniert der elektrochemische Ätzstopp in einer KOH-Ätzlösung? Chemie: Si + 2 OH-  --> Si(OH)2++ + 4e-Si(OH)++    + 4 OH-  --> SiO2(OH)2  -- + 2 H2ONebenreaktion: 4 H2O + 4 e-   --> 4 OH-  + 2 H2 Ätzprozess ist 2-stufig, wobei 1. Stufe ne Redoxreaktion ist, die OH- Ionen bildet. Diese werden in der 2. Stufe verbraucht. Werden elektronen abgesaugt werden keine OH- Ionen mehr gebildet, und der Ätzprozess kommt zum Erliegen. Die Nebenreaktion stellt die OH- Ionen für Reaktion 2 zur Verfügung. Werden die e- vorher abgesaugt werden keine neuen OH- Ionen gebildet und die zweite Reaktion findet nicht mehr statt, Stop. Methode zu ätzende Si-Bereiche: p-DotiertÄtzstop: n-dotiertElektrische Spannung angelegt: n-dotiert auf Plus, Pt-Gegenelektrode auf Minus (bis Ätzstop ist p-dotiert auf Gegenelektrodenpotential) => Sperrrichtung; Elektronen die beim p-Ätzen zwischenzeitlich entstehen können nicht wegwenn die Ätzstop erreicht ist gibt es keine Sperrichtung mehr und zwischenzeitlich Entstehende Elektronen werden zur Platinelektrode abgesaugt.
• 6.11 Erläutern Sie mit einer Skizze die Prozessfolge, die notwendig ist, um einen piezoresistiven Drucksensor in Bulkmikromechnanik (BMM) entsprechend der nachfolgenden Abbildung zu realisieren. Drucksensorherstellung Prozessfolge 1.Widerstände herstellen (Ionenimplantation)2.Isolation abscheiden und strukturieren (SiO2 und Si3O4, nasschemisch oder Trockenätzen)3.Leiterbahnen (Al sputtern, Photolitho, nasschemisch ätzen)4.Passivierung: vorne und hinten SiO2 und Si3N4 abscheiden, Rückseite strukturieren5.KOH-ätzen (auf Zeit, mit elektrochem. Ätzstop oder vergrabenem oxid)6.Passivierung vorn öffnen: Photolitho, Trocken oder nasschemisch
• 6.12 Beschreiben Sie die Prozessabfolge beim LIGA-Verfahren. 1. Bestrahlung 2.Entwicklung 3. Galvanoformen 4.Formeinsatz 5. Formfüllung 6. Entformung

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