Entwicklung eines MEMS Drucksensor-Prozessmoduls für die Post-CMOS Integration

Dipl.-Ing. Wang, Qiang

Dateibereich 30512

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Wang_Qiang_Diss.pdf26.04.2012 16:40:0813,39 MB
Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von Prozessen, Materialien und Charakterisierungsmethoden für die monolithische Integration von kapazitiven Druckdosen mit CMOS Schaltungen. Hierfür wurden verschiedene Ansätze entworfen und theoretisch verglichen. Die auf Niedertemperatur-Abscheidung von SiGe, Ge und a-Si, und auf plasma-aktiviertem Wafer Bonden (PAWB) basierende Post-CMOS-Integration wurde experimentell untersucht. Dazu wurden PECVD- und CVD-Abscheidungsmethoden von polykristallinem und mikrokristallinem SiGe und Ge entwickelt. Die Eigenschaften von SiGe-, Ge- und a-Si Schichten wurden bei verschiedenen Depositionsparametern charakterisiert. Verschlossene Testdruckdosen mit SiGe- oder Ge-Membran und verschlossene Testdruckdosen basierend auf dem PAWB Prozess, wurden hergestellt und charakterisiert. Für das Abschätzen des Innenvakuums der verschlossenen Druckdose wurde eine Methode entworfen und eingesetzt. Durchkontaktierungen aus Poly-SiGe und Poly-Ge, die die elektrische Verbindung zur unterliegenden Metall-Leiterbahn bilden, wurden hergestellt und charakterisiert. Aufgrund der experimentellen Ergebnisse wurde nachgewiesen, dass das Integrationskonzept mit SiGe- oder Ge-Druckdosen-Membran eines der am besten geeigneten Integrationsverfahren für die monolithische Integration der Druckdose mit der CMOS-Schaltung ist. Für das Integrationsverfahren mit PAWB müsste ein erheblicher zusätzlicher Entwicklungsaufwand erbracht werden. Das Konzept mit a-Si-Druckdosen-Membran besitzt keine Vorteile gegenüber dem Konzept mit SiGe oder Ge Membran und dem Konzept mit PAWB. Mit zunehmendem gesamten Gasfluss bei der PECVD-Abscheidung von SiGe- oder Ge-Schichten wird die Verweilzeit der Gasteilchen in der Prozesskammer verringert. Die verringerte Verweilzeit der Gasteilchen führt zu einem erhöhten Anteil beweglicherer Radikale auf der Oberfläche und damit zu einer besseren Kristallinität der abgeschiedenen Schicht. Aufgrund dieses Phänomens wurde eine PECVD-Abscheidungsmethode für die Abscheidung der SiGe- oder Ge-Schichten mit erhöhtem gesamten Gasfluss entwickelt. Mittels dieser Abscheidungsmethode wurde Poly-SiGe mit einem spezifischen Widerstand von 1,4mΩcm und einem Ge-Gehalt von circa 80at.% bei einer Substrat-Temperatur von 375°C abgeschieden. Dieser Widerstand ist erheblich niedriger als bei Abscheidung unter bisher genutztem Gasfluss. REM- und XRD-Messungen bestätigten die erhöhte Kristallinität. Ein Kontaktsystem von Poly-SiGe oder Poly-Ge auf Metall wurde entwickelt. Die Vorteile der Durchkontaktierung aus Poly-SiGe oder -Ge sind der vereinfachte Integrationsprozess und der große Strom, der durch die Durchkontaktierung fließen darf (>5mA bei 1,5μm2 Kontaktfläche).
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Elektrotechnik und Informationstechnik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Beitragende:
Prof. Dr. -Ing. Vogt, Holger [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. rer. nat. Schmechel, Roland [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
16.02.2012
Dokument erstellt am:
03.05.2012
Promotionsantrag am:
30.08.2011
Dateien geändert am:
03.05.2012
Medientyp:
Text