Foto von einer Person im Reinraum des Fraunhofer IMS
© Fraunhofer IMS
Die Reinräume im Fraunhofer IMS

MEMS Technologien

Das Fraunhofer IMS bietet optimale Vorausetzungen zur Entwicklung und Integration von innovativen mikroelektronischen und mikromechanischen Systemen (MEMS).

MEMS Technologien und Post-CMOS Prozessierung

Das Fraunhofer IMS bietet mit den hauseigenen Reinräumen verschiedenste Fertigungsprozesse zur Realisierung neuer Technologien. Planarisierte CMOS-Oberflächen dienen als Grundlage für die Post-CMOS Sensorintegration. Durch die Kombination mit »Micro-Electro-Mechanical Systems« MEMS oder »Nano-Electro-Mechanical Systems« NEMS lassen sich darüber hinaus auch Sensorelemente wie optische, mechanische, physikalische, chemische und Bio-Sensoren realisieren.

Mikrobolometers auf CMOS Wafer
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Querschnitt eines Mikrobolometers auf CMOS Wafer realisiert durch MEMS Technologien
Integration realisiert durch MEMS Technologien
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3D-Integration mit SLID-Bonding realisiert durch MEMS Technologien

Ein Beispiel für kundenspezifische MEMS Technologien sind Post-CMOS-Prozesse zur Sensorintegration. Die Herstellung neuer Bauelemente mittels Schichtabscheidung und Strukturierung wird im Mikrosystemtechnik Lab&Fab (MST Lab&Fab) realisiert. Sensoren, die sich mit diesem Prinzip realisieren lassen sind Gassensoren, optische Sensoren, Drucksensoren und auch Biosensoren. Kombiniert man dann den Sensor mit einer Ausleseschaltung durch ein Wafer-zu-Wafer-Bonding oder ein C2W-Bonding, entstehen innovative und extrem kompakte Mikrosysteme für den Einsatz in Medizin, Industrie, Mobilität sowie Raumfahrt und Sicherheitstechnik.

Das Fraunhofer IMS bietet die optimale Vorrausetzung zur Entwicklung und Integration von innovativen MEMS Technologien. Um den Trend von kompakten und leistungsstarken Bauelementen in der Mikrotechnik weiter fortzusetzen (»More than Moore«), bietet Fraunhofer IMS die Möglichkeit der 3D-Integration an. Durch Ausnutzung der dritten Dimension können Strukturen aufeinander aufgebaut werden, um kürzere Verbindungswege und eine höhere Integrationsdichte zu erhalten. Ferner kann jede Ebene im optimalen Herstellungsprozess gefertigt werden. Dies erhöht die Anzahl der Freiheitsgerade bei der Auswahl der Technologie enorm, verbessert die Ausbeute und senkt damit die Herstellungskosten. Hierzu stehen am Fraunhofer IMS mit dem Chip-zu-Wafer- und Wafer-zu-Wafer-Prozess zwei leistungsstarke Verfahren zur Verfügung. Einsatz finden diese Verfahren aktuell bei der Herstellung von effizienten und kompakten Detektoren bestehend aus optischen Backside Illumination Sensoren und Ausleseelektronik. Im speziellen Fall des Wafer-zu-Wafer-Prozesses werden Sensor- und Schaltungswafer im MST-Labor präzise verbunden und über einen ALD-optimierten Materialstapel elektrisch kontaktiert. Mit der ALD-Technologie können neben elektrischen Kontakten auch Schutzschichten, optische Beschichtungen, MEMS- oder NEMS-Devices für Gas- oder Biosensoren mit Nanodrähten und ultradünne freistehende Membranen hergestellt werden. Außerdem realisiert Fraunhofer IMS Mikrobolometer als Sensorelemente eines ungekühlten Infrarotsensors auf dem CMOS-Wafer und ist damit der einzige Hersteller von Mikrobolometern in Deutschland.

Foundry-Dienstleistungen im MST Lab&Fab

Neben vollständigen MEMS-Lösungen bietet Fraunhofer IMS auch Foundry-Dienstleistungen im Mikrosystemtechnik Lab&Fab an. Der Reinraum verfügt über eine Lithografie bis 0,35µm mit der Möglichkeit, Rückseite zu Vorderseite mit 200 nm Genauigkeit zu justieren. Neben den Standardlacken sind Lackdicken bis 40 µm möglich sowie Farblacke. Mit dedizierten Anlagen können bereits vollintegrierte Wafer verbunden (Direct-Wafer-Bonding) oder vereinzelte Schaltungen auf Wafern (Chip-zu-Wafer-Bonding) gebondet werden. Für Plasmaprozesse stehen Sputtern (PVD), Plasma-unterstützte Abscheidung (PE-CVD) und Reaktives Ätzen (RIE) sowie Tiefenätzen (DRIE) zur Verfügung. Weitere Spezialitäten sind hier die Abscheidung von reinem Bor (pure boron) als ultradünne Passivierung oder Kontaktierung, Siliziumkarbid, Germanium sowie verschieden dotiertes, amorphes Silizium. Mittels Galvanik können Schichten und Strukturen bis zu 40 µm aus Gold, Kupfer, Zinn und Nickel erzeugt werden. Atomic Layer Deposition (ALD) eignet sich als hochkonforme, biokompatible Passivierung sowie aufgrund der hervorragenden Konformität für viele MEMS Applikationen. Hier sind sowohl eine Vielzahl von Oxiden und Nitriden als auch metallische Schichten wie Titannitrid und Ruthenium möglich.

Die oben genannten Prozesse eignen sich aufgrund niedriger Prozesstemperaturen alle zur Post-CMOS Integration. Umfangreiche Charakterisierung und Analytik unterstützen die Entwicklung und ermöglichen präzise Erzeugniskontrollen. Dazu verfügt das MST Lab & Fab über ein 3D-Mikroskop, ein Rasterkraftmikroskop (AFM), ein Elektronenmikroskop (REM) mit EDX, ein Rasterelektronenmikroskop für kritische Strukturen (CD-SEM), Ellipsometer und Profilometer.

 

Details zu MEMS Technologien bei Fraunhofer IMS finden Sie in den nachfolgenden Links.

Unsere Technologien – Innovationen für Ihre Produkte

Atomic Layer Deposition (ALD)

Die Atomlagenabscheidung ALD (Atomic Layer Deposition) ist ein Verfahren zur Abscheidung von extrem dünnen und homogenen Schichten.  

3D Integration

3D-Integration mittels Wafer-zu-Wafer-Bonding (W2W) und Chip-zu-Wafer-Bonding (C2W) ermöglicht eine Kostenreduktion durch eine höhere Integrationsdichte und kürzere Verbindungsweg.

Mikrobolometer

Technologie-Prozess zur Herstellung von kundenspezifischen ungekühlten Infrarotsensoren für Anwendungen im Wellenlängenbereich 3 µm bis 5 µm oder 8 µm bis 14 µm.

Vakuum Chip-Scale-Package

Wir haben mit der Vakuum-Chip-Scale-Packages Technologie (CSP) das kleinstmögliche Vakuumgehäuse für ungekühlte IR-Imager realisiert.

Drucksensoren

Wir betreiben Prozesse zur Herstellung von Drucksensorsystemen sowohl in der CMOS- als auch der MST-Fertigungslinie.

SPAD im Fokus

Spezielle Mikrolinsen erhöhen den Füllfaktor von SPADs um einen Faktor 7.

Unsere Technologiebereiche – Unsere Technologien für Ihre Entwicklung

Bildsensoren

Entwicklung von einzelnen Teilschritten bis zum vollständigen kundenspezifischen Prozess.

Biofunktionale Sensoren

Werkzeuge für die medizinische Diagnostik.

Spezialtechnologien

Das Fraunhofer IMS bietet auch Spezialtechnologien z. B. Hochtemperatur-Technologie an.

 

Technology (Home)

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