MST Lab&Fab

In unserem Microsystems Lab&Fab entwickeln wir Herstellungsverfahren und komplette intelligente Mikrosysteme für unsere Kunden.

Microsystems 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. 

Infrastruktur des Microsystems Lab&Fab

Die Infrastruktur des MST Lab&Fab bietet vielfältige Entwicklungsmöglichkeiten und ermöglicht die vollständige Abbildung komplexer MST-Prozesse auf 200 mm Scheiben. Neben der hochauflösenden Lithographie und  modernen Ätzprozesse (isotropes Ätzen mit HF und XeF2 für Opferschichten, Tiefenätzen für TSVs) sind insbesondere die vielfältigen Möglichkeiten zur Abscheidung ultradünner Funktionalschichten mit ALD (Atomic Layer Deposition) hervorzuheben. 

Angebot und Leistungen

Als kompetenter Partner im Bereich der Mikrosystemtechnik (Entwicklung von Prozessschritten, Prozessmodulen und kompletten mikrotechnischen Sensorsystemen) und ihrer Ausgestaltung bietet das Fraunhofer IMS mit unserem MST Lab&Fab folgende Möglichkeiten:

Schichtabscheidung

  • Metallisierungen (Sputtern, Galvanik)
  • (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)
  • Spray-Coating
  • Polyimid, Farbfilter, Mikrolinsen
  • Kontaktbelichter und 350 nm Waferstepper


Messtechnik

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

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, 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 
  • Chip-Scale Vakuumgehäuse


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, Bearbeitung von Glaswafern
  • 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

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