Inhaltsverzeichnis. Arbeitswelt der Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen 18

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1 Inhaltsverzeichnis Arbeitswelt der Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen Die Geschichte der Mikrotechnologie Anwendungsgebiete der Mikrotechnologie Tätigkeitsbereiche von Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen Anforderungen an Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen Die duale Berufsausbildung Die grundlegenden Ziele der Ausbildung Die Verantwortung für die Ausbildung Weiterbildungsmöglichkeiten für ausgebildete Mikrotechnologinnen und Mikrotechnologen Aufgabenpool 33 Werkstoffe in der Mikrosystemtechnik Einführung Silicium Herstellung von Reinstsilicium inklusive Kristallzüchtung, Herstellung von elementarem Silicium/Metallurgical Grad Silicon (MGS) Waferherstellung Geometrie der Festkörper Kristallgitter Kristallfehler Chemisches Verhalten von Silicium und seinen Verbindungen Verbindungshalbleiter Metallische Werkstoffe Verschiedene Arten der Metalle Physikalische Eigenschaften Amorphe Werkstoffe Kunststoffe Herstellung von Kunststoffen 67 Bibliografische Informationen digitalisiert durch

2 Inhaltsverzeichnis Eigenschaften von Kunststoffen Anwendungen von Kunststoffen Keramiken Gläser Aufgabenpool 71 Leitungsvorgänge in ausgewählten Werkstoffen Spezifischer Widerstand und elektrische Leitfähigkeit Eigenleitfähigkeit und Störstellenleitung Bändermodell Aufgabenpool 82 Aufbau und Funktionsweise elektrischer und elektronischer Bauelemente Elektrische Widerstände Kondensator Spulen Dioden Bipolare und unipolare Transistoren Bipolare Transistoren Unipolare Transistoren Speicherzellen Operationsverstärker (OP) Solarzellen Aufgabenpool 113 Bedingungen für die Fertigung Reinraumtechnik Partikel Reinraumklassen Grundlagen Reinraumaufbau Verhalten im Reinraum Reinraumbekleidung Reinraumluftversorgung und -entsorgung Klimatechnik und ihre Komponenten Prozessfortluftsysteme Ver- und Entsorgung 132

3 Inhaltsverzeichnis Reinstmedientechnik Neutralisation Vakuumtechnik Umgang mit Gefahrstoffen ESD Aufgabenpool 157 Qualitätsmanagement Worum geht es beim Qualitätsmanagement? Definitionen Denken in Prozessen und kontinuierliche Verbesserung Wofür Qualitätsmanagement? DasQM-System Regelwerk zur Erfüllung der Qualitätsanforderungen Dokumentation des QMS Die Norm als Messlatte Überprüfung der Wirksamkeit durch Audits Zertifizierung eines QMS QM beim Management von Ressourcen Personelle Ressourcen Prüfmittelüberwachung QM in der Produktion Prozessplanung Prozessentwicklung Prozesskontrolle Gesamtprozess Lenkung fehlerhafter Produkte Korrekturmaßnahmen und Kundenreklamationen Q-Werkzeuge zur Vorbeugung Ursache-Wirkungs-Diagramm Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) Q-Zirkel und Co A-Aktion Q-Werkzeuge zur Datenauswertung Datensammelblatt 191

4 1O Inhaltsverzeichnis Histogramm Pareto-Diagramm Q-Werkzeug zur Prozess-Steuerung: Statistische Prozesssteuerung (SPC) Aufgabenpool Mess- und Prüfverfahren Messung von Strukturbreiten - Mikroskopie Auge, Lupe Lichtmikroskop Elektronenmikroskop Rasterkraftmikroskop Kristallstrukturanalyse Messung von Schichtdicken und Oberflächen Profilometer (mechanisch) Schwingquarz Reflexionsspektroskopie Ellipsometrie Interferometrie Profilometer - (optisch) Weitere Mess- und Prüfverfahren Vierspitzenmessung Röntgenmikroskopie Aufgabenpool Vom Ausgangsstoff zum Endprodukt Allgemeiner Produktionsablauf Produktionsablauf der Halbleitertechnik am Beispiel der Diode Produktionsablauf der Mikrosystemtechnik am Beispiel des oberflächenmikromechanischen Beschleunigungssensors Produktionsablauf der Mikrosystemtechnik am Beispiel des bulk-mikromechanischen Drucksensors Aufgabenpool Wafereingangskontrolle und Spezifikationen Einleitung Parameter zur Waferspezifikation 242

5 Inhaltsverzeichnis Mechanisch-physikalische Parameter bei der Waferherstellung Praktisches Anwendungsbeispiel an einem 6"-Si-Wafer (150 mm) Arten von Wafern in der Produktion/Halbleiterfertigung Bogen/Durchbiegung und Stress als kritische Parameter für die Produktion Leitfähigkeitsüberprüfung nach SPC Aufgabenpool Beschichtungstechnologien Thermische Oxidation Trockene Oxidation Feuchte Oxidation Lokale Oxidation von Silicium Beschichtungsverfahren aus der Gasphase Physikalische Gasphasenabscheidung Chemische Gasphasenabscheidung Epitaxie Galvanik und stromlose Abscheidung Galvanik Außenstromlose Abscheidung Aufgabenpool Photolithographie Einführung in die Lithographie Moores Law, die treibende Kraft Prozessübersicht der Photolithographie Vorbehandlung Das Spin-On-Verfahren Der Box-Primer-Prozess Single Wafer Hot Plate Belackung Die Erfindung des Photolacks Positiv- oder Negativlack Bestandteile des Photolacks Beschichtungsverfahren Belichtung Rehydrieren 299

6 12 Inhaltsverzeichnis Absorption von Licht im Lack Entwicklung Entwicklerprozess UV-Cure Reaktionen beim Entwickeln Kenngrößen der Entwicklung Spezielle Lacke Dicke Lacke Umkehrlacke - Lift-Off-Prozess Negativlack Deep Ultra Violet Resist Optik - Grundlagen Beugung am Spalt Auflösung nach Ernst Abbe Tiefenschärfe Belichtungsverfahren Kontaktbelichtung Proximity-Belichtung Projektionsbelichtung Röntgenlithographie Aufgabenpool Ätzprozesse Einführung in das Thema Ätzen: Geschichtliches Grundlagen Ätzen Waferreinigung Nasschemisches Ätzen Ätzverfahren: Tauch- und Sprühätzen Isotropes Ätzen von Metallen und Silicium (Si) Anisotropes Ätzen von Si Physikalische Trockenätzverfahren Sputterätzen Ionenstrahlätzen Focused Ion Beam (FIB) Chemisches Trockenätzverfahren: Plasmaätzen 360

7 Inhaltsverzeichnis Physikalisch-chemische Trockenätzverfahren Reaktives Ionenätzen (RIE) und reaktives Ionentiefenätzen (DRIE) Reaktives Ionenstrahlätzen(RIBE)/chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen (CAIBE) Aufgabenpool Dotierung Anwendung der Dotierung Piezoresistiver Kraftsensor pn-übergänge Änderung der elektrischen Leitfähigkeit von Silicium Dotierstoffe Dotierprozesse Diffusion Ionenimplantation Legierungsverfahren Zusammenfassung Aufgabenpool Fertigstellung mikrotechnischer Produkte Waferbearbeitung Rückseitenmetallisierung Verringerung der Scheibendicke Trennen Chipmontage und Wafermontage Chipbonden Waferbonden Drahtbonden Ultraschallbonden Thermokompressionsbonden Gehäuse Substrat-und Leiterplattentechnik Leiterplattentechnik Keramiksubstrat Dickschichttechnik Montagetechniken und Montagetypen 432

8 14 Inhaltsverzeichnis Lead Frame Chip on Board (COB) Ball Grid Array (BGA) Flip Chip (FC) Tape Automated Bonding (TAB) Montageprozess - Löten Montageprozess am Beispiel des Lötens von Bauteilen Lesen eines Phasendiagramms Lot aufbringen Lot schmelzen Qualitätskontrolle Drahtabrisstest = Pulltest Schertest (shear test) Querschliffe (cross section) Aufgabenpool Prozessintegration Leuchtdiode Solarzelle Bipolarer Transistor CMOS Mikro-Scannerspiegel Aufgabenpool Mikrosysteme Sensoren Beispiele für den Einsatz von Sensoren Kapazitive Sensoren Magnetfeldsensoren Temperatursensoren Piezoresistive Sensoren Sensoren auf der Basis von Frequenzänderungen Aktoren Definition Festlegung auf einige Begriffe Skalierungsgesetze 518

9 Inhaltsverzeichnis Elektrostatisches Aktorprinzip Piezoelektrisches Aktorprinzip Aktoren auf Basis des Formgedächtnis-Effektes Elektromagnetisches Aktorprinzip Aufgabenpool Optische Mikrosysteme Lichtemittierende Systeme Leuchtdioden (LEDs) Laserdioden Organische Leuchtdioden Lichtleitende Systeme Wellenleiter Mikrooptische Ringresonatoren Photonische Kristalle Lichtmodulatoren Mikrospiegelmatrizen Deformierbare Spiegel Scannerspiegel Scanner-Beugungsgitter Lichtdetektoren Photodioden CCD-Bildsensoren CMOS-Bildsensoren Mikrobolometer Aufgabenpool Gedruckte Elektronik Überblick Warum gedruckte Elektronik? Funktionsweise grundlegender elektronischer Bauelemente Überblick Die Diode Der Feldeffekttransistor Materialien der gedruckten Elektronik Grundvoraussetzungen bei Materialien für gedruckte Elektronik 612

10 l6 Inhaltsverzeichnis Substrat Isolator Halbleiter Leiter Materialabscheidung Grundlagen Abscheidemethoden Anwendungsgebiete für gedruckte Elektronik Aufgabenpool 628 Quellennachweise 631 Sachwortverzeichnis 650