III.2 Prozessierung von Halbleiterbauelementen. Lithografie Abscheidung Dotierung Strukturierung Packaging

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1 III.2 Prozessierung von Halbleiterbauelementen Lithografie Abscheidung Dotierung Strukturierung Packaging

2 Herstellungstechnologien III.2.1 Lithografie

3 Grundprinzipien der Lithografie Abb. Verschiedene Belichtungsverfahren bei der optischen Lithografie 3 verschiedene Belichtungsverfahren werden eingesetzt für optische Lithographie. Sie unterscheiden sich hinsichtlich erreichbarer Auflösung, Kantenschärfe und Haltbarkeit der optischen Maske.

4 Aufbringen des Fotolacks Abb.: Bild einer Lackschleuder (engl. spin coater) (links) Abb. : Verschiedene Phasen beim Spin coating Prozess (unten) Eine dünne homogene Schicht wird durch Spin-Coating einfach abgeschieden. Dieses Verfahren ist Standard fürs Aufbringen von Lacken für Lithographie.

5 Positiv- und Negativ-Prozesse Abb.: Schema bei der Photolithografie Parameter: Wellenlänge Belichtungszeit Belichtungsintensität Belichtungsdosis Pre- und Postbakezeiten Pre- und Postbaketemperaturen Entwicklungszeit Nach dem Entwickeln können entweder die belichteten oder die unbelichteten Bereiche stehenbleiben, je nach Wahl des Lacks (positiv/negativ) bzw. der Belichtungsparameter.

6 Wie reagieren Lacke auf UV-Belichtung? Zerhacken von Kohlenstoffketten führt zu erhöhter Löslichkeit im Entwickler Vernetzung beim Postbake und damit geringere Löslichkeit im Entwickler

7 Typischer einfacher Belichter Mikroskop zur Justage Maskenhalterung Justage der Probe Steuerung fürs Ansaugen Regler Belichtungsdauer

8 Eine optische Maske Allgemeiner Aufbau: Metall (nichtdurchsichtig, z.b. Chrom) auf Glas (durchsichtig)

9 Das Problem mit der Wellenlänge k1λ Strukturgröße = NA NA = n sin θ Die mit optischer Litho erreichbaren Strukturgrößen hängen sowohl von der Belichtungswellenlänge als auch vom verwendeten Maskenkonzept ab.

10 Der Trick mit der Phase des Lichts Normale (binäre) Maske Phase Shifted Maske Mit Phasenmasken werden stärkere Kontraste und damit kleinere Strukturen im Lack erzeugt unter geschickter Verwendung von Zwischenschichten. Diese machen konstruktive und destruktive Interferenz.

11 Wie wird eine (normale binäre) Maske gemacht? 1. Glasscheibe mit Metallschicht 2. Elektronenstrahllack 3. Belichten durch Abrastern mit e 4. Entwickeln 5. Ätzen der ungeschützten Bereiche 6. Ablösen vom Lack Maskenschreiben mit Elektronenstrahl- Lithographie dauert lange, weil es ein serielles Verfahren ist. Elektronenstrahlschreiber (oder auch Elektronenmikroskop)

12 Große Flächen und feine Strukturen: Aneinanderstückeln Einzelnes Schreibfeld (100µmx100µm) Gesamtes Layout (bis Pizza-Größe) Typische Patchwork -Probleme (Stichingfehler)!

13 Warum Reinraum? Je nach Strukturgröße und Wafergröße sind besondere Anforderungen an die Partikel in der Luft gestellt, um einen fehlerfreien Prozess zu garantieren.

14 Herstellungstechnologien III.2.2. Abscheidung

15 Herstellungstechnologien

16 Thermisches Verdampfen Vakuum Kühlung Substrat (kopfüber) Schwingquartz Wolframschiffchen Viel Strom (~100A)

17 Thermisches Verdampfen Warum brauche ich Vakuum?

18 Verdampfen mit Elektronenkanone Der Siedepunkt des abzuscheidenden Materials setzt Grenzen bei der thermischen Verdampfung. Mit Elektronenstrahlverdampf ung lassen sich typischerweise höhere Temperaturen realisieren. Siedepunkt des Materials bestimmt Verfahren

19 Sputtern (Gas im Plattenkondensator) DC-Sputtern RF-Sputtern Magnetron-Sputtern

20 Galvanisieren / Oxidieren Billig Ohne Vakuum Gut fürs Grobe

21 Herstellungstechnologien III.2.3 Strukturierung

22 Lift-Off Abheben des auf die Lackstrukturen aufgebrachten Materials. Direkt auf das Substrat abgeschiedene Materialien bleiben haften.

23

24 Nassätzen

25 Nassätzen kann anisotrop sein Normalerweise 2stufiger Prozess: Oxidieren der Oberfläche Lösen des Oxids Anisotropie kann helfen, Materialien in allen drei Raumrichtungen in eine gewünschte Form zu bringen.

26 Trockenätzen Plasmaätzen Sandstrahlen mit Atomen

27 Trockenätzen Was es sonst noch alles gibt Reactive Ion Etching RIE PE RIE+PE ICP-RIE Ion Beam Etching IBE-RIBE-CAIBE Plasma etching Inductive coupled Plasma Chemical assisted ion- beam etching Grundidee: Moleküle bekommen kinetische Energie (physikalische Komponente) Moleküle gehen Bindungen ein (chemische Komponente)

28

29 Vergleich der Ätzverfahren Zur Erreichung von gewünschten Flankenprofilen ist eine genaue Abstimmung der physikalischen und der chemischen Komponente des Ätzprozesses wichtig. Wichtige Randbedingungen für die Herstellung von optoelektronischen Komponenten ist, dass es nicht zu einer Schädigung des Kristallgitters kommen darf, was die optischen und elektrischen Eigenschaften verschlechtern würde.

30 Herstellungstechnologien III.2.4 Packaging

31

32 Elektrische Anschlüsse Einfaches Bonden ist für kommerzielle Komponenten heutzutage weitgehend out; stattdessen verwendet man lieber Flip-Chip Bonding (kopfüber die Probe auf metallische Kontekte Pressen). Wichtiger Grund sind die geringen elektrischen Bandbreiten, die über dünne lange Bonddrähte übertragen werden können. Mein Name ist Bond Wedge Bond

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