Geleitwort | 6 |
Vorwort | 7 |
Inhaltsverzeichnis | 8 |
1Arbeitswelt der Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen | 19 |
1.1Die Geschichte der Mikrotechnologie | 19 |
1.2 Anwendungsgebiete der Mikrotechnologie | 21 |
1.3Tätigkeitsbereiche von Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen | 23 |
1.4Anforderungen an Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen | 25 |
1.5Die duale Berufsausbildung | 28 |
1.6Die grundlegenden Ziele der Ausbildung | 30 |
1.7Die Verantwortung für die Ausbildung | 32 |
1.8 Weiterbildungsmöglichkeiten für ausgebildeteMikrotechnologinnen und Mikrotechnologen | 33 |
1.9 Aufgabenpool | 34 |
2 Werkstoffe in der Mikrosystemtechnik | 37 |
2.1Einführung | 37 |
2.2Silicium | 41 |
2.2.1 Herstellung von Reinstsilicium inklusive Kristallzüchtung, Herstellung von elementaremSilicium/Metallurgical Grad Silicon (MGS) | 42 |
2.2.2Waferherstellung | 49 |
2.2.3 Geometrie der Festkörper | 53 |
2.2.3.1Kristallgitter | 54 |
2.2.3.2Kristallfehler | 56 |
2.2.4Chemisches Verhalten von Silicium und seinen Verbindungen | 59 |
2.3Verbindungshalbleiter | 61 |
2.4Metallische Werkstoffe | 64 |
2.4.1Verschiedene Arten der Metalle | 64 |
2.4.2Physikalische Eigenschaften | 65 |
2.5Amorphe Werkstoffe | 66 |
2.5.1Kunststoffe | 66 |
2.5.1.1Herstellung von Kunststoffen | 68 |
2.5.1.2Eigenschaften von Kunststoffen | 69 |
2.5.1.3Anwendungen von Kunststoffen | 70 |
2.5.2Keramiken | 70 |
2.5.3Gläser | 71 |
2.6Aufgabenpool | 72 |
3 Leitungsvorgänge in ausgewählten Werkstoffen | 75 |
3.1Spezifischer Widerstand und elektrische Leitfähigkeit | 75 |
3.2Eigenleitfähigkeit und Störstellenleitung | 79 |
3.3Bändermodell | 81 |
3.4Aufgabenpool | 83 |
4Aufbau und Funktionsweise elektrischer und elektronischer Bauelemente | 85 |
4.1Elektrische Widerstände | 85 |
4.2Kondensator | 88 |
4.3Spulen | 93 |
4.4Dioden | 95 |
4.5Bipolare und unipolare Transistoren | 101 |
4.5.1Bipolare Transistoren | 101 |
4.5.2Unipolare Transistoren | 104 |
4.6Speicherzellen | 106 |
4.7Operationsverstärker (OP) | 109 |
4.8Solarzellen | 112 |
4.9Aufgabenpool | 114 |
5 Bedingungen für die Fertigung | 117 |
5.1Reinraumtechnik | 117 |
5.1.1Partikel | 118 |
5.1.2Reinraumklassen | 120 |
5.1.3Grundlagen Reinraumaufbau | 123 |
5.1.4Verhalten im Reinraum | 126 |
5.1.5Reinraumbekleidung | 127 |
5.2Reinraumluftversorgung und -entsorgung | 128 |
5.2.1Klimatechnik und ihre Komponenten | 129 |
5.2.2Prozessfortluftsysteme | 132 |
5.3Ver- und Entsorgung | 133 |
5.3.1Reinstmedientechnik | 134 |
5.3.2Neutralisation | 143 |
5.3.3Vakuumtechnik | 144 |
5.4Umgang mit Gefahrstoffen | 153 |
5.5ESD | 156 |
5.6Aufgabenpool | 158 |
6Qualitätsmanagement | 161 |
6.1Worum geht es beim Qualitätsmanagement? | 161 |
6.1.1Definitionen | 161 |
6.1.2Denken in Prozessen und kontinuierliche Verbesserung | 162 |
6.2Wofür Qualitätsmanagement? | 165 |
6.3Das QM-System | 166 |
6.3.1Regelwerk zur Erfüllung der Qualitätsanforderungen | 166 |
6.3.2Dokumentation des QMS | 168 |
6.3.3Die Norm als Messlatte | 171 |
6.3.4 Überprüfung der Wirksamkeit durch Audits | 174 |
6.3.5Zertifizierung eines QMS | 177 |
6.4QM beim Management von Ressourcen | 179 |
6.4.1Personelle Ressourcen | 179 |
6.4.2 Prüfmittelüberwachung | 181 |
6.5QM in der Produktion | 183 |
6.5.1Prozessplanung | 183 |
6.5.2Prozessentwicklung | 184 |
6.5.3Prozesskontrolle | 185 |
6.5.4Gesamtprozess | 185 |
6.5.5Lenkung fehlerhafter Produkte | 186 |
6.5.6Korrekturmaßnahmen und Kundenreklamationen | 187 |
6.6Q-Werkzeuge zur Vorbeugung | 188 |
6.6.1Ursache-Wirkungs-Diagramm | 188 |
6.6.2Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) | 188 |
6.6.3 Q-Zirkel und Co. | 190 |
6.6.4 5A-Aktion | 191 |
6.7Q-Werkzeuge zur Datenauswertung | 192 |
6.7.1Datensammelblatt | 192 |
6.7.2Histogramm | 193 |
6.7.3Pareto-Diagramm | 193 |
6.8 Q-Werkzeug zur Prozess-Steuerung: StatistischeProzesssteuerung (SPC) | 194 |
6.9Aufgabenpool | 203 |
7Mess- und Prüfverfahren | 207 |
7.1Messung von Strukturbreiten – Mikroskopie | 207 |
7.1.1Auge, Lupe | 207 |
7.1.2Lichtmikroskop | 209 |
7.1.3Elektronenmikroskop | 212 |
7.1.4Rasterkraftmikroskop | 214 |
7.1.5Kristallstrukturanalyse | 214 |
7.2Messung von Schichtdicken und Oberflächen | 215 |
7.2.1Profilometer (mechanisch) | 215 |
7.2.2Schwingquarz | 216 |
7.2.3 Reflexionsspektroskopie | 216 |
7.2.4Ellipsometrie | 219 |
7.2.5Interferometrie | 219 |
7.2.6Profilometer – (optisch) | 221 |
7.3Weitere Mess- und Prüfverfahren | 222 |
7.3.1Vierspitzenmessung | 222 |
7.3.2Röntgenmikroskopie | 224 |
7.4Aufgabenpool | 228 |
8Vom Ausgangsstoff zum Endprodukt | 231 |
8.1Allgemeiner Produktionsablauf | 231 |
8.2Produktionsablauf der Halbleitertechnik | 233 |
8.3 Produktionsablauf des oberflächenmikromechanischen Beschleunigungssensors | 235 |
8.4 Produktionsablauf des bulk-mikromechanischen Drucksensors | 238 |
8.5Aufgabenpool | 241 |
9Wafereingangskontrolle und Spezifikationen | 243 |
9.1 Einleitung | 243 |
9.2 Parameter zur Waferspezifikation | 243 |
9.3 Mechanisch-physikalische Parameter bei der Waferherstellung | 244 |
9.4 Praktisches Anwendungsbeispiel an einem 6?-Si-Wafer (150 mm) | 245 |
9.5 Arten von Wafern in der Produktiom/Halbleiterfertigung | 247 |
9.6Bogen/Durchbiegung und Stress als kritische Parameter für die Produktion | 248 |
9.7Leitfähigkeitsüberprüfung nach SPC | 251 |
9.8 Aufgabenpool | 253 |
10Beschichtungstechnologien | 257 |
10.1Thermische Oxidation | 257 |
10.1.1Trockene Oxidation | 258 |
10.1.2Feuchte Oxidation | 259 |
10.1.3Lokale Oxidation von Silicium | 260 |
10.2Beschichtungsverfahren aus der Gasphase | 262 |
10.2.1Physikalische Gasphasenabscheidung | 262 |
10.2.2Chemische Gasphasenabscheidung | 266 |
10.2.3Epitaxie | 269 |
10.3Galvanik und stromlose Abscheidung | 272 |
10.3.1Galvanik | 272 |
10.3.2Außenstromlose Abscheidung | 274 |
10.4Aufgabenpool | 279 |
11Photolithographie | 281 |
11.1Einführung in die Lithographie | 281 |
11.1.1Moore’s Law, die treibende Kraft | 282 |
11.1.2Prozessübersicht der Photolithographie | 283 |
11.2 Vorbehandlung | 285 |
11.2.1Das Spin-On-Verfahren | 287 |
11.2.2Der Box-Primer-Prozess | 287 |
11.2.3Single Wafer Hot Plate | 288 |
11.3Belackung | 290 |
11.3.1Die Erfindung des Photolacks | 290 |
11.3.2Positiv- oder Negativlack | 290 |
11.3.3Bestandteile des Photolacks | 291 |
11.3.4Beschichtungsverfahren | 295 |
11.4Belichtung | 300 |
11.4.1Rehydrieren | 300 |
11.4.2Absorption von Licht im Lack | 301 |
11.5Entwicklung | 304 |
11.5.1Entwicklerprozess | 304 |
11.5.2UV-Cure | 308 |
11.5.3Reaktionen beim Entwickeln | 309 |
11.5.4Kenngrößen der Entwicklung | 310 |
11.6Spezielle Lacke | 312 |
11.6.1Dicke Lacke | 312 |
11.6.2Umkehrlacke – Lift-Off-Prozess | 313 |
11.6.3Negativlack | 315 |
11.6.4Deep Ultra Violet Resist | 317 |
11.7Optik – Grundlagen | 319 |
11.7.1Beugung am Spalt | 320 |
11.7.2Auflösung nach Ernst Abbe | 321 |
11.7.3Tiefenschärfe | 322 |
11.8Belichtungsverfahren | 323 |
11.8.1Kontaktbelichtung | 323 |
11.8.2Proximity-Belichtung | 324 |
11.8.3Projektionsbelichtung | 328 |
11.8.4Röntgenlithographie | 338 |
11.9Aufgabenpool | 340 |
12Ätzprozesse | 343 |
12.1 Einführung in das Thema Ätzen: Geschichtliches | 343 |
12.2 Grundlagen Ätzen | 344 |
12.3 Waferreinigung | 346 |
12.4Nasschemisches Ätzen | 348 |
12.4.1Ätzverfahren: Tauch- und Sprühätzen | 350 |
12.4.2Isotropes Ätzen von Metallen und Silicium (Si) | 350 |
12.4.3 Anisotropes Ätzen von Si | 352 |
12.5 Physikalische Trockenätzverfahren | 354 |
12.5.1Sputterätzen | 356 |
12.5.2Ionenstrahlätzen | 359 |
12.5.3 Focused Ion Beam (FIB) | 360 |
12.6 Chemisches Trockenätzverfahren: Plasmaätzen | 361 |
12.7 Physikalisch-chemische Trockenätzverfahren | 364 |
12.7.1 Reaktives Ionenätzen (RIE) und reaktives Ionentiefenätzen(DRIE) | 365 |
12.7.2 Reaktives Ionenstrahlätzen(RIBE)/chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen (CAIBE) | 368 |
12.8 Aufgabenpool | 368 |
13Dotierung | 371 |
13.1Anwendung der Dotierung | 371 |
13.1.1Piezoresistiver Kraftsensor | 371 |
13.1.2pn-Übergänge | 373 |
13.2Änderung der elektrischen Leitfähigkeit von Silicium | 373 |
13.3Dotierstoffe | 374 |
13.4Dotierprozesse | 374 |
13.4.1Diffusion | 374 |
13.4.2Ionenimplantation | 390 |
13.4.3Legierungsverfahren | 395 |
13.4.4Zusammenfassung | 397 |
13.5 Aufgabenpool | 397 |
14Fertigstellung mikrotechnischer Produkte | 401 |
14.1Waferbearbeitung | 401 |
14.1.1 Rückseitenmetallisierung | 402 |
14.1.2Verringerung der Scheibendicke | 403 |
14.1.3Trennen | 403 |
14.2Chipmontage und Wafermontage | 407 |
14.2.1Chipbonden | 408 |
14.2.2 Waferbonden | 411 |
14.3Drahtbonden | 416 |
14.3.1 Ultraschallbonden | 416 |
14.3.2 Thermokompressionsbonden | 418 |
14.4Gehäuse | 421 |
14.5Substrat- und Leiterplattentechnik | 424 |
14.5.1 Leiterplattentechnik | 425 |
14.5.2 Keramiksubstrat | 429 |
14.5.3 Dickschichttechnik | 430 |
14.6Montagetechniken und Montagetypen | 433 |
14.6.1 Lead Frame | 434 |
14.6.2 Chip on Board (COB) | 435 |
14.6.3 Ball Grid Array (BGA) | 435 |
14.6.4 Flip Chip (FC) | 435 |
14.6.5 Tape Automated Bonding (TAB) | 436 |
14.7Montageprozess – Löten | 437 |
14.7.1 Montageprozess am Beispiel des Lötens von Bauteilen | 438 |
14.7.2 Lesen eines Phasendiagramms | 438 |
14.7.3 Lot aufbringen | 440 |
14.7.4 Lot schmelzen | 441 |
14.8Qualitätskontrolle | 448 |
14.8.1 Drahtabrisstest = Pulltest | 448 |
14.8.2 Schertest (shear test) | 451 |
14.8.3 Querschliffe (cross section) | 453 |
14. 9 Aufgabenpool | 453 |
15Prozessintegration | 457 |
15.1Leuchtdiode | 457 |
15.2Solarzelle | 466 |
15.3Bipolarer Transistor | 478 |
15.4CMOS | 481 |
15.5Mikro-Scannerspiegel | 485 |
15.6 Aufgabenpool | 491 |
16Mikrosysteme | 493 |
16.1Sensoren | 493 |
16.1.1Beispiele für den Einsatz von Sensoren | 493 |
16.1.2Kapazitive Sensoren | 495 |
16.1.3Magnetfeldsensoren | 501 |
16.1.4Temperatursensoren | 503 |
16.1.5Piezoresistive Sensoren | 506 |
16.1.6Sensoren auf der Basis von Frequenzänderungen | 514 |
16.2Aktoren | 516 |
16.2.1Definition | 517 |
16.2.2Festlegung auf einige Begriffe | 518 |
16.2.3Skalierungsgesetze | 519 |
16.2.4 ElektrostatischesAktorprinzip | 521 |
16.2.5Piezoelektrisches Aktorprinzip | 526 |
16.2.6 Aktoren auf Basis des Formgedächtnis-Effektes | 530 |
16.2.7Elektromagnetisches Aktorprinzip | 534 |
16.3Aufgabenpool | 538 |
17Optische Mikrosysteme | 541 |
17.1Lichtemittierende Systeme | 541 |
17.1.1Leuchtdioden (LEDs) | 541 |
17.1.2Laserdioden | 545 |
17.1.3Organische Leuchtdioden | 547 |
17.2Lichtleitende Systeme | 552 |
17.2.1Wellenleiter | 552 |
17.2.2Mikrooptische Ringresonatoren | 555 |
17.2.3Photonische Kristalle | 559 |
17.3Lichtmodulatoren | 561 |
17.3.1Mikrospiegelmatrizen | 561 |
17.3.2Deformierbare Spiegel | 566 |
17.3.3Scannerspiegel | 570 |
17.3.4Scanner-Beugungsgitter | 575 |
17.4Lichtdetektoren | 579 |
17.4.1Photodioden | 579 |
17.4.2CCD-Bildsensoren | 585 |
17.4.3CMOS-Bildsensoren | 588 |
17.4.4Mikrobolometer | 590 |
17.5Aufgabenpool | 592 |
18 Gedruckte Elektronik | 595 |
18.1 Überblick | 595 |
18.2 Warum gedruckte Elektronik? | 596 |
18.3 Funktionsweise grundlegender elektronischer Bau-elemente | 603 |
18.3.1 Überblick | 603 |
18.3.2 Die Diode | 603 |
18.3.3 Der Feldeffekttransistor | 606 |
18.4 Materialien der gedruckten Elektronik | 613 |
18.4.1 Grundvoraussetzungen bei Materialien für gedruckteElektronik | 613 |
18.4.2 Substrat | 613 |
18.4.3 Isolator | 614 |
18.4.4 Halbleiter | 616 |
18.4.5 Leiter | 619 |
18.5 Materialabscheidung | 621 |
18.5.1 Grundlagen | 621 |
18.5.2 Abscheidemethoden | 623 |
18.6Anwendungsgebiete für gedruckte Elektronik | 628 |
18.7Aufgabenpool | 629 |
Sachwortverzeichnis | 651 |