Halbleiter-Technologie

Aus den Besprechungen: "Der Autor wendet sich mit diesem Buch an Leser, die Halbleiterkomponenten herstellen wollen. Er versucht einen Mittelweg zu nehmen, indem er sich auf grundlegende Theorien abstützt, aber auch technologische Prozesse beschreibt. Auch Schwierigkeiten, die entstehen, wenn neu entwickelte Technologien in die Produktion übergeführt werden müssen, verschweigt er nicht. ..." #PTT Bulletin technique/Technische Mitteilungen# "... Dem Autor dieses Buches ist es gelungen, sowohl die grundlegenden Theorien als auch die technologischen Prozesse und Verfahren in einer lebendigen und eindrucksvollen Art zu behandeln. Das Buch wird viele Freunde finden." #Elin-Zeitschrift# "Das Buch schließt eine Lücke in der deutschsprachigen Literatur, die von Lehrenden und Lernenden und sicher auch von Praktikern stark empfunden wurde. Der Versuch des Verfassers, sich bei der Beschreibung der technologischen Prozesse nicht in Einzelheiten zu verlieren, vielmehr das Grundsätzliche herauszustellen und auch theoretisch abzustützen, darf als geglückt bezeichnet werden..." #AEU Archiv für Elektronik und Übertragungstechnik#

1 Der ideale Einkristall.- 1.1 Gitteraufbau.- 1.2 Beschreibung von Ebenen und Richtungen im Kristall.- 1.3 Bindungskräfte.- 1.3.1 Die heteropolare oder ionische Bindung.- 1.3.2 Die homöopolare und kovalente Bindung.- 1.3.3 Die metallische Bindung.- 1.3.4 Die van derWaalssche Bindung.- 2 Der reale Kristall.- 2.1 Punktförmige Kristallfehler.- 2.1.1 Eigendefekte.- 2.1.2 Chemische Defekte.- 2.2 Linienförmige Kristallfehler.- 2.2.1 Kantenversetzungen.- 2.2.2 Schraubenversetzungen.- 2.3 Flächenhafte Kristallfehler.- 2.3.1 Stapelfehler.- 2.3.2 Korngrenzen.- 2.3.3 »Twin Boundaries«.- 2.4 Volumendefekte.- 3 Herstellung von Einkristallen.- 3.1 Grundlagen des Kristallwachstums.- 3.2 Phasendiagramme.- 3.3 Verfahren der Kristallzucht.- 3.3.1 Kristallziehen aus der Schmelze am Beispiel von Silizium und Galliumarsenid.- 3.3.1.1 Herstellung von Silizium.- 3.3.1.2 Technische Herstellung von GaAs-Einkristallen aus der Schmelze.- 3.3.2 Herstellung dünner einkristalliner Schichten aus der Gasphase am Beispiel der Si-und GaAs-Gasphasenepitaxie.- 3.3.2.1 Herstellung epitaktischer Silizium-Schichten.- 3.3.2.2 Herstellung epitaktischer GaAs-Schichten.- 3.3.3 Herstellung einkristalliner Schichten aus der flüssigen Phase am Beispiel der GaAs-Flüssigphasen-Epitaxie.- 3.3.3.1 Das Phasendiagramm Gallium-Arsen.- 3.3.3.2 Praktische Ausführungen der Flüssigphasenepitaxie.- 3.3.4 Herstellung einkristalliner Schichten durch Aufdampfen im Vakuum.- 3.3.5 Herstellung dünner einkristalliner Schichten mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie.- 4 Dotiertechnologie.- 4.1 Legierung.- 4.1.1 Die prinzipiellen Verfahrensschritte.- 4.1.2 Dotierungsverlauf.- 4.2 Diffusion.- 4.2.1 Die Diffusionsgesetze.- 4.2.2 Dotierungsprofile bei unterschiedlichen Randbedingungen.- 4.2.2.1 Diffusion aus einer unerschöpflichen Quelle.- 4.2.2.2 Diffusion aus einer erschöpflichen Quelle.- 4.2.2.3 Profilverlauf bei einer Zwei-Schritt-Diffusion.- 4.2.2.4 Ausdiffusion.- 4.2.2.5 Veränderung einer Dotierungs-Konzentrationsstufe.- 4.2.2.6 Flußbegrenzung durch die Kristalloberfläche.- 4.2.2.7 Änderung des Diffusionsprofiles bei der Bildung einer Oxidschicht.- 4.2.3 Diffusionsmechanismus.- 4.2.4 Diffusionskonstanten in Silizium.- 4.2.5 Praktische Durchführung der Halbleiterdiffusion.- 4.2.5.1 Wahl der Dotierungsstoffe.- 4.2.5.2 Diffusionsverfahren.- 4.2.5.3 Probleme beim Diffusionsprozeß.- 4.2.6 Getterung.- 4.2.6.1 Entstehung von Metallausscheidungen.- 4.2.6.2 Prinzipielle Möglichkeiten einer Schwermetallgetterung.- 4.2.6.3 Praktische Ausführung.- 4.3.- 4.3.1 Grundlagen der Ionenimplantation.- 4.3.1.1 Reichweiteverteilung der Ionen in amorphen Substanzen.- 4.3.1.2 Reichweiteverteilung der Ionen in einkristallinen Substanzen.- 4.3.2 Experimentell erhaltene Profile bei einkristallinem Ausgangsmaterial.- 4.3.2.1 Streuung in Kanäle.- 4.3.2.2 Erhöhte Diffusion durch Bestrahlung.- 4.3.2.3 Thermische Diffusion.- 4.3.2.4 Strahlenschäden.- 4.3.3 Elektrische Aktivierung und Restaurierung der implantierten Schicht.- 4.3.4 Probleme der Ionenimplantation bei Verbindungshalbleitern.- 4.3.5 Zusammenfassung der Möglichkeiten der Ionenimplantation.- 4.3.6 Praktische Durchführung der Ionenimplantation.- 4.3.7 Anwendungen der Ionenimplantation bei der Bauelementeherstellung.- 4.4 Dotierung durch Kernumwandlung.- 4.4.1 Dotierungsverfahren.- 4.4.2 Homogenität der Dotierung.- 4.4.3 Anwendung der Dotierung durch Kernumwandlung bei der Bauelementeherstellung.- 4.5 Gegenüberstellung der Dotierungsverfahren.- 5 Der Metall-Halbleiter-Kontakt.- 5.1 Das System Metall-Vakuum.- 5.2 Das System Metall-Halbleiter.- 5.2.1 Potentialverhältnisse am idealen Metall-Halbleiter-Kontakt.- 5.2.2 Potentialverhältnisse am Metall-Halbleiter-Kontakt mit Oberflächenzuständen.- 5.2.3 Erniedrigung der Barrierenhöhe durch den Schottky-Effekt.- 5.3 Strom-Spannungs-Kennlinien der Kontakte.- 5.3.1 Stromtransport im Metall-Halbleiter-Kontakt.- 5.3.2 I-U-Kennlinien beim Schottky-Kontakt.- 5.3.3 I-U-Kennlinien beim ohmschen Kontakt.- 5.4 Technische Ausführungen von Schottky- und ohmschen Kontakten.- 5.5 Wärmeableitung durch Kontakte.- 6 Meßverfahren zur Ermittlung von Halbleiterparametern.- 6.1 Meßverfahren zur Ermittlung elektrischer Größen.- 6.1.1 Leitungstyp.- 6.1.1.1 Thermokraftmessung.- 6.1.1.2 Richtwirkung einer federnden Metallspitze.- 6.1.2 Elektrische Leitfähigkeit und Schichtwiderstand.- 6.1.2.1 Vier-Spitzen-Methode.- 6.1.2.2 Zwei-Sonden-Verfahren.- 6.1.2.3 Methode nach van der Pauw.- 6.1.2.4 Kontaktwiderstandsmethode (Spreading Resistance Methode).- 6.1.3 Ladunsträgerkonzentration.- 6.1.3.1 Hall-Messungen.- 6.1.3.2 Messungen mittels Schottky-Kontakten.- 6.1.4 Ladungsträger-Lebensdauer.- 6.1.4.1 Direkte Methoden.- 6.1.4.2 Indirekte Methoden.- 6.1.5 Ladungsträger-Beweglichkeit.- 6.1.5.1 Beweglichkeit der Majoritätsträger.- 6.1.5.2 Beweglichkeit der Minoritätsträger.- 6.1.6 Diffusionslänge.- 6.1.7 Lage von pn-Übergängen.- 6.1.7.1 Chemische Sichtbarmachung der pn-Übergänge.- 6.1.7.2 Elektrische Bestimmung der Lage des pn-Überganges.- 6.2 Meßverfahren zur Ermittlung physikalischer Größen.- 6.2.1 Kristallorientierung.- 6.2.1.1 Röntgenoptische Bestimmung.- 6.2.1.2 Lichtoptische Bestimmung.- 6.2.2 Versetzungslinien.- 6.2.2.1 Ätzgruben.- 6.2.2.2 Kupferdekorierung.- 6.2.2.3 Röntgentopographie.- 7 Kristallvorbereitung.- 7.1 Sägen.- 7.2 Oberflächenglättung.- 7.3 Ätzen.- 7.4 Reinigen der Krsitalloberfläche.- 8 Technologie Integrierter Schaltungen.- 8.1 Grundzüge der Planartechnik.- 8.2 Schichttechnik.- 8.2.1 Thermische Oxidation zur Herstellung von Siliziumdioxid.- 8.2.2 CDV-Abscheidung.- 8.2.3 Kathodenzerstäubung.- 8.2.4 Schleuderbeschichtung.- 8.2.5 Anodische Oxidation.- 8.3 Lithographie.- 8.3.1 Fotolithographie.- 8.3.2 Herstellung von Fotomasken.- 8.3.3 Belichtungsverfahren der Fotolithographie.- 8.3.4 Verfahrensschritte bei der Fotolithographie.- 8.3.5 Elektronenstrahl-Lithographie.- 8.3.6 Röntgenstrahl-Lithographie.- 8.3.7 Ionenstrahl-Lithographie.- 8.4 Ätztechnik.- 8.4.1 Naßchemisches Ätzen.- 8.4.2 Trockenätzen.- 8.5 Maskierwirkung von strukturierten Schichten.- 8.5.1 SiO2-Maskierschicht für die Diffusion.- 8.5.2 Maskierschichten für die Ionenimplantation.- 8.6 Spezielle Prozesse für die Herstellung von Integrierten Schaltungen.- 8.6.1 Lokale Oxidation von Silizium.- 8.6.1.1 Anwendung der lokalen Oxidation von Silizium für drei verschiedene Grundstrukturen.- 8.6.1.2 Beurteilung der lokalen Oxidation im Vergleich zur ursprünglichen Planartechnik.- 8.6.1.3 Probleme der lokalen Oxidation.- 8.6.2 Silizium-Steuerelektroden-Technik.- 8.7 Gesamtprozesse zur Herstellung Integrierter Schaltungen.- 8.7.1 Gesamtprozeß zur Herstellung von CMOS-Schaltungen.- 8.7.2 Gesamtprozeß zur Herstellung von Bipolarschaltungen.- 8.7.3 BICMOS-Schaltungen.- 8.7.4 SOI-Technik.- 8.7.5 Dreidimensionale Integration.- 9 Gehäuse- und Montagetechnik.- 9.1 Gehäusetypen.- 9.1.1 Dual in line-Gehäuse (DIP).- 9.1.2 Pin grid arrays (PGAs).- 9.1.3 Flachgehäuse.- 9.1.4 Chip Carrier-Gehäuse.- 9.2 Montage der Halbleiter-Chips im Gehäuse.- 9.2.1 Legieren.- 9.2.2 Löten.- 9.2.3 Kleben.- 9.3 Kontaktierung mit Drähten.- 9.3.1 Thermokompressionsverfahren.- 9.3.2 Ultraschallverfahren.- 9.3.3 Kombination zwischen Thermokompressions-und Ultraschallverfahren.- 9.4 Andere Kontaktierungs- und Montagemethoden.- 9.4.1 Plättchen-Schnellmontage-Technik.- 9.4.2 »Stege«-Technik.- 9.4.3 Spinnentechnik.- 9.5 Verkapselung.- 10 Mikromechanik.- 10.1 Physikalische Effekte zur Signalumwandlung.- 10.1.1 Erfassung mechanischer Größen.- 10.1.2 Erfassung thermischer Größen.- 10.2 Technologie der Mikromechanik.- 10.2.1 Naßchemische Tiefenätztechnik.- 10.2.2 Tiefenlithographie und Abformtechnik.- 10.3 Anwendungen der Mikromechanik.- 11 Anhang.