Mikrosystemtechnik Lab&Fab

Die Mikrosystemtechnik und die Mikroelektronik gehen eine enge Verbindung ein, wenn es darum geht, kompakte »intelligente« Sensoren und Aktoren zu schaffen. Die Mikrosystemtechnik (MST, oder MOEMS micro opto electromechanical systems) erweitert die CMOS-Technologie. MST liefert Sensor- oder Aktorfunktionen, CMOS stellt die Elektronik bereit. MST-Prozesse nutzen Halbleiterfertigungsequipment und profitieren von der vielfältigen Erfahrung, die die Silizium-Halbleitertechnologie aufgebaut hat.

Sind sehr kleine Systeme gefragt, oder sind kleine Signale über möglichst kurze Wege auszulesen, oder hat man Arrays von Sensoren, bietet sich die Integration der MST-Strukturen direkt auf dem CMOS an. Die Anwendungsmöglichkeiten der CMOS-Technologie lassen sich so erheblich ausweiten, ohne dass man auf teure Skalierung zu kleinsten Strukturen angewiesen ist.

Hierfür haben wir im IMS mit Unterstützung des Landes NRW, des BMBF und der EU unser MST Lab & Fab  aufgebaut. In dieser Einrichtung nutzen wir Post–Processing auf CMOS, um für unsere Kunden Herstellungsverfahren und komplette intelligente Mikrosysteme zu entwickeln.

CMOS-Wafer dienen als »intelligente« Substrate, versehen mit analogen und digitalen Ansteuer-, Auslese- oder Schnittstellenschaltungen bis hin zur drahtlosen Sensordatenübertragung. Direkt auf diese Substrate werden Schichten, Strukturen und Bauelemente integriert. Resultat sind kompakte »intelligente« single-chip Mikrosysteme. Eine große Materialvielfalt steht zur Verfügung (z. B. Cu, amorphes SiGe, Al2O3), insbesondere im Vergleich zu dem, was die CMOS-Linie bieten kann. In der Substratwahl ist man flexibel. Gern bieten wir unsere CMOS-Wafer mit erprobter Schnittstelle an. Post-Processing auf Kundenwafern mit 200 mm Ø ist ebenso möglich. Die Ausstattung des MST Lab & Fab bietet vielfältige Entwicklungsmöglichkeiten. Wir im IMS sind Ihr kompetenter Partner bei der Entwicklung von Prozessschritten, Prozessmodulen und kompletten mikrotechnischen Sensorsystemen. 

Angebot und Leistungen

Als kompetenter Player im Bereich der Mikrosystemtechnik und ihrer Ausgestaltung bietet das Fraunhofer IMS folgende Leistungen an:

MST – Prozessschritte und Prozessmodule:

Abscheidung und Strukturierung von Schichten auf 200 mm CMOS-Scheiben, z. B. amorphes Si/Ge, DLC, SiO2, Si3N4, Atomic Layer Deposition (z. B. AL2O3, Ta2O5), PVD von Metallen, Aufdampfen von Schichten (z. B. Sondermaterialien) und Schichtsystemen, Galvanik von Cu, Sn, Ni, Au

  •     Lithographie mit präziser Justage von Vorder- und Rückseite der Scheibe < 200 nm
  •     Farbfilter und Mikrolinsen für optische Bauelemente
  •     Si-Tiefenätzen
  •     Wafer-to-Wafer und Chip-to-Wafer-Bonden 

MST – Prozess- und Prozessmodul-Entwicklung:

  •     Entwicklung und Transfer von Prozessmodulen zur Erzeugung von »stand alone« MOEMS und funktionaler Mikrostrukturen wie Siebe, Membranen etc.
  •     Entwicklung und Transfer von Gesamtprozessen für die Prozessierung von integrierten MOEMS auf bulk oder SOI-CMOS Substraten
  •     Fertigung von Prototypen in kleinen Serien in den kundenspezifische Prozessen in den CMOS- und MST-Linien
  •     Durchführung von kundenspezifischen Studien 

Anwendungsbeispiele:

  •     Mikrobolometer-Arrays für LWIR
  •     Mechanische Sensoren z. B. Drucksensoren oder akustische Transducer
  •     optische Sonderbauelemente
  •     Sensorelemente z. B. für Biosensoren oder chemische Sensoren

 

Infrastruktur:

Die Infrastruktur des MST Lab&Fab ermöglicht die vollständige Abbildung komplexer MST Prozesse auf 200 mm Scheiben. Neben der hochauflösenden Lithographie sind dabei insbesondere die modernen Ätzprozesse (isotropes Ätzen mit HF und XeF2, TSV) hervorzuheben. 

Im einzelnen stehen bietet das MST Lab&Fab die folgenden Möglichkeiten:

Schichtabscheidung

  •     Metallisierungen (Sputtern, Aufdampfen)
  •     (PE)CVD (Oxide, Nitride, aSi(Ge), DLC, SiC usw)
  •     Atomic Layer Deposition

Ätzprozesse

  •     Isotropes Ätzen mit XeF2 und HF
  •     Tiefenätzer (Bosch-Prozess)
  •     Plasmaätzen (anisotrop)
  •     Nassätzen verschiedener Materialien

Wafer-/Chipmodifikation

  •     Wafer-to-Wafer-Bonding
  •     Dünnen von Wafern
  •     Flip-Chip-Bonding
  •     Wafer Strukturierung (Bosch-Prozess)
  •     Cu/Ni/Sn- und Au-Galvanik
  •     Ofenprozesse (Annealing, Oxidation)
     

Lithografie

  •     normale (1-3 µm) und dicke Fotolacke (bis 20 µm)
  •     Polyimid, Farbfilter, Mikrolinsen
  •     Kontaktbelichter und 350 nm Waferstepper
     

Messtechnik

  •     Ellipsometer/Reflektometer
  •     AFM
  •     Hochauflösendes Elektronenmikroskop
  •     Durchbiegung, 4-Punkt-Widerstand, Stufenhöhe
  •     CD/Overlay