Produktion von mikroelektronischen Bauelementen

Die Produktion von integrierten Schaltkreisen wurde in der DDR seit ihrem Beginn etwa ab 1971 stetig vorangetrieben.
Etwa 150 Mio. integrierte Schaltkreise pro Jahr verließen die Produktionsstätten des VEB Kombinat Mikroelektronik Erfurt jährlich.

Halbleiterproduktion (Zyklus I) im
VEB Mikroelektronik "Karl Liebknecht" Stahnsdorf

Chipmontage mit einem automatischen Drahtbonder

Arbeiten in Reinräumen des VEB Mikroelektronik "Karl Marx" Erfurt

Diese Zahl war zwar im internationalen Vergleich gesehen gering, aber für ein kleines Land wie die DDR schon beachtlich.
Die mikroelektronische Industrie der DDR hatte von Anfang mit Schwierigkeiten zu kämpfen, die nur unter größten Anstrengungen überwunden werden konnten.
Die Embargopolitik der westlichen Industriestaaten gegenüber der DDR verhinderte weitestgehend einen Technologietransfer von Ausrüstungen zur Herstellung von elektronischen Bauelementen bzw. einen direkten Import von Bauelementen im großen Stil.
Auch die ursprünglich im Rahmen des RGW angestrebte Aufgabenverteilung und Produktionsspezialisierung setzte sich auf dem Gebiet der Mikroelektronik nur sehr schleppend bzw. gar nicht durch.
Diese ungünstigen Rahmenbedingungen führten zur Produktion eines sehr breiten Sortimentes an Bauelementen, um möglichst wenig auf teure und umständliche Importe aus dem NSW (meist über Umwege) angewiesen bzw. Lieferschwierigkeiten aus dem RGW ausgesetzt zu sein.

Die Absicherung der Produktion dieses breiten Sortimentes, speziell von integrierten Schaltkreisen, setzte natürlich auch eine entsprechende technologische Ausrüstung voraus.
1986 wurde dem VEB Kombinat "CARL ZEISS" Jena die Aufgabe zur Entwicklung und Produktion technologischer Ausrüstungen zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen übertragen.
Der VEB Kombinat "CARL ZEISS" Jena war im feinmechanisch-optischen Präzisionsbau ein international angesehener Betrieb und sollte die geplante Einführung von höheren Technologieniveaus als des derzeit beherrschten Technologieniveaus 3 bei der Massenproduktion von integrierten Schaltkreisen vorbereiten.

Die vom Betriebsteil VEB Elektromat Dresden des VEB Kombinat "CARL ZEISS" Jena produzierten Ausrüstungen erlaubten die Herstellung von VLSI-Schaltkreisen im Technologieniveau 4 bis 5, einige Komponenten erreichten sogar 6.
Dabei wurden nahezu sämtliche Herstellungsschritte, vom Zyklus 0 bis zum Zyklus 2 einschließlich der Entwurfsschritte, von den Ausrüstungen beherrscht.

Technologieniveau	Beispiel
3	64 KBit-DRAM
4	256 KBit-DRAM
5	1 MBit-DRAM
6	4 MBit-DRAM

Herstelltechnologie der Mikroelektronik im Überblick

Zyklus 0	Substratherstellung (Halbleiterscheiben) Schaltkreisentwurf Fotomaskenherstellung
Zyklus 1	Oxidation der Halbleiterscheibe Strukturübertragung (Belichtung) Ätzen, Dotieren, Aufdampfen, Metallisieren Test (auf dem Wafer)
Zyklus 2	Vereinzeln, Trägermontage Bonden, Verkappen, Test

AÜR21 Automatischer Überdeckungsrepeater

Der AÜR21 dient zur Übertragung der Strukturen von der Schablone auf die Halbleiterscheibe durch chipweise Überdeckung von Schablone und Wafer an waferfesten Marken.
Dadurch ist es möglich, die Schaltkreise einzeln zur Schablone zu justieren, um eine größtmögliche Genauigkeit bei jedem einzelnen Schaltkreis auf dem Wafer zu erzielen.
Arbeitsprinzip ist hier das fotolithografische Verfahren der Projektionsbelichtung.
Durch eine hochpräzise Optik und dem Einsatz bestimmter Wellenlängen (Überdeckungswellenlänge 578 nm, Belichtungswellenlänge 436 nm) wird ein Auflösungsvermögen von 1 µm erreicht.

Automatischer Überdeckungs-Repeater

Damit ist mit dem AÜR21 sowohl die Serienfertigung als auch die Entwicklung von integrierten Schaltkreisen auf dem Technologieniveau 5 bis 6 möglich.
Der größtmögliche Schablonen- und Waferdurchmesser, der mit dem AÜR 21 verarbeitet werden kann, beträgt 150 mm (6 Zoll).
Seine instrumentelle Überdeckungsgenauigkeit +/- 0,1 µm (100 nm).
Das Gerät wurde u.a. für die Produktion von 64-KBit-RAM-Schaltkreisen benutzt.

ZBA21 Elektronenstrahlbelichtungsanlage

Die ZBA21 dient in zwei Ausführungen zur Belichtung von Schablonen oder Wafern bis zum Technologieniveau 6.

Elektronenstrahlbelichtungsanlage ZBA21

Im Gegensatz zum AÜR21, der im fotolithografischen Verfahren arbeitet, wird in der ZBA21 ein rechnergesteuerter, fokussierter Elektronenstrahl für die Belichtung eingesetzt.
Dabei wird das Formstrahlprinzip angewendet, bei dem der Elektronenstrahl neben dem runden Querschnitt weitere Formen (quadratisch usw.) annehmen kann und so scharfe Kanten sichert.
Die ZBA 21 ist für die Darstellung von Elementenabmessungen für Linien ab 0,2 µm (200 nm) bei einer Schrittweite von 0,1 µm (100 nm) einsetzbar und somit zur Produktion von VLSI- Schaltkreisen geeignet.
Die Position des Präzisionskoordinatentisches wird mit einem Laserwegmesssystem bestimmt.

ZBA 21 W dient zur direkten, schablonenlosen Belichtung von Halbleiterscheiben mit einem Durchmesser zwischen 6,25 und 150 mm (2,5 bis 6 Zoll).
ZBA 21 S dient zur Herstellung von Originalschablonen auf Chrom-Glassubstraten mit dem Abmessungen von 100 x 100 cm bis 175 x 175 cm.

Die Schreibzeit von Wafern mit 100 mm (4 Zoll) Durchmesser zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen im Technologieniveau 5 beträgt 2 Wafer pro Stunde.
Der Nachteil der Elektronenstrahllithografie gegenüber der Projektionsbelichtung ist die relativ lange Schreibzeit.
Daher wird sie hauptsächlich zur Schablonenerstellung eingesetzt, oder zur Produktion geringer Stückzahlen von Schaltkreisen.

DKG11 Defektkontrollgerät

Das DKG11 dient zur automatischen elektrooptischen Kontrolle von Original- und Arbeitsschablonen von 75 x 75 mm bis 175 x 175 mm.
Dabei kommt als Wandler eine CCD-Zeile zum Einsatz, die mit einem Mikrorechnersystem verknüpft ist und die möglichen Defekte im Einzelbildvergleich erkennt.
Die erkannten Strukturdefekte werden über ein Display, einen Drucker oder auf Diskette ausgegeben und dokumentiert.
Die Kontrollgeschwindigkeit beträgt 26 s/cm².
Die erkennbaren minimalen Defektgrößen liegen je nach verwendetem Objektiv bei 1,2 bzw. 2,5 µm.

HCVD55 Niederdruck-CVD-Anlage

Niederdruck-CVD-Anlage HCVD55

Die HCVD55 arbeitet nach dem LPCVD-(low pressure chemical vapor deposition)-Verfahren.
Dieses Verfahren ist eine Unterdruckabscheidung zur Herstellung von dünnen Schichten aus reinem oder dotiertem Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder Polysilizium auf die Oberfläche der bearbeiteten oder unbearbeiteten Halbleiterscheibe und aller auf ihr befindlichen Materialien.
Das Silizium der Halbleiterscheibe nimmt bei diesem Verfahren, im Gegensatz zu anderen Depositionierungstechniken, am Reaktionsprozess selbst nicht teil, sondern dient nur als Trägermaterial zur Anlagerung der Atome bzw. Moleküle.
Dabei wird im Vakuum (Druckbereich von 0,13 bis 1,33 mbar) und bei Temperaturen von 350 bis 950 °C gearbeitet.
Die zu beschichtenden Halbleiterscheiben können Durchmesser von 76 bis 150 mm (3 bis 6 Zoll) haben.
Die HCVD 55 dient somit für den Einsatz in den Basistechnologien zur Fertigung von VLSI-Schaltkreisen im Technologieniveau 4.
Gesteuert wird die Anlage von einem Mehrrechnersystem und ist mit einem effektiven Sicherheitssystem ausgestattet.
Es können etwa 50 bis 100 Halbleiterscheiben pro Charge verarbeitet werden.

HZSÜ03 Hochrate-Zerstäuberanlage

Das bei der HZSÜ03 eingesetzte Verfahren der Kathodenzerstäubung dient der Beschichtung von Halbleiterscheiben im Vakuum mit Aluminium und dessen Legierungen.
Dabei wird das aufzubringende Material (Al oder Al-Legierungen) durch Ionen, die in einem elektrischen Feld stark beschleunigt werden, zerstäubt und schlägt sich auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe nieder.
Es entstehen im Gegensatz zur Bedampfungstechnik hochreine Schichten.
Die vollständig rechnergesteuerte HZSÜ03 ist besonders für kleine Serien und für mittlere Technologieniveaus geeignet.
Die zu beschichtenden Halbleiterscheiben können Abmessungen bis 150 mm (6 Zoll) Durchmesser haben.
Pro Arbeitszyklus können 18 Scheiben verarbeitet werden.

ISA150 Ionenstrahlätzanlage

Die ISA150 arbeitet nach dem Verfahren der anisotrop wirkenden Trockenätzung mittels einem gerichteten Elektronenstrahl.
Dieses im Gegensatz zur Nassätzung wesentlich aufwendigere Verfahren erreicht eine sehr hohe Genauigkeit bei der Übertragung der im Fotolack erzeugten Strukturen auf die darunterliegenden Schichten.
In der ISA 150 werden Argon sowie fluor- und sauerstoffhaltige Gase als in einem elektrischen Feld beschleunigter und gerichteter Ionenstrahl eingesetzt.
Diese beschleunigten Ionen treffen auf die Halbleiterscheibe und schlagen so Material aus deren Oberfläche heraus.
Das anisotrop reaktive Ionenstrahlätzen bewirkt ein gleichmäßiges Abtragen verschiedenster Materialien ohne Unterwanderung der Fotolackschicht.
Neben der Mikroelektronik kann die ISA 150 auch in der Optoelektronik eingesetzt werden.
Auf ihr lassen sich Strukturübertragungen von fotolithografisch strukturierten organischen Registrierschichten (Haftmasken, Fotolacken) auf Isolator-, Halbleiter- oder Metalluntergründen mit sehr hoher Genauigkeit erreichen.
Die rechnergesteuerte Bedienung der ISA 150 gestattet eine automatische Endpunktkontrolle des Ätzvorganges bei Erreichen eines Schichtüberganges sowie die freie Programmierbarkeit des Ätzwinkels, wobei sämtliche Prozessdaten auf Diskette protokolliert werden.

M III Montagelinie

Die Montageline M III dient zur vollautomatischen Herstellung von 14- bis 16-poligen Bauelementen in Flat-Pack-Gehäusen mit Keramikhalbschalen.
Sie besteht aus 4 mikrorechnergesteuerten Einrichtungen, die über ein spezielles Magazinsystem miteinander gekoppelt sind.
Die Produktivität der einzelnen Einrichtungen von 1800 Bauelementen pro Stunde ist ebenfalls aufeinander abgestimmt.
Weiterhin kann die Montagelinie auch auf andere Gehäusetypen umgerüstet werden.

Messepräsentation der Montagelinie III in Leipzig

Bauelementeproduktion mit der Montagelinie III
im VEB Halbleiterwerk Frankfurt/Oder

Die einzelnen Komponenten sind:

MCK (Montageeinrichtung für Chips in Keramikhalbschalen):
Mit der MCK erfolgt das Vereinzeln der Schaltkreise von Wafern mit einem Durchmesser von 150 mm (6 Zoll).
Anschließend erfolgt das Chipbonden durch Anglasen und eutektisches Anlegieren der automatisch selektierten Gut-Schaltkreise in die Keramikhalbschalen.
Die Kantenlänge der zu verarbeitenden Schaltkreise beträgt 0,9 bis 5,2 mm.
Ein mikrorechnergesteuertes Bilderkennungssystem bewertet Schaltkreislage, Form und Oberfläche und gibt das Bild zur visuellen Kontrolle auf dem Bildschirm aus.
MKK (Montageeinrichtung von Keramikhalbschalen an Kammstreifen):
In dieser Einrichtung wird der Keramikboden mit dem eingebondeten Schaltkreis an einen Trägerstreifen ebenfalls durch Anglasen befestigt.
Anschließend erfolgt das Drahtbonden, wobei eine leitende Verbindung der Bondinseln auf dem Schaltkreis mit den Anschlusspolen des Trägerstreifens durch hauchdünne Aluminiumdrähte hergestellt wird.
Dabei wird ein Reibungsschweißverfahren (Ultraschallbonden) angewandt, das ohne zusätzliche Wärmezufuhr arbeitet.
MVK (Montageeinrichtung zum Verschließen der Keramikhalbschalen):
Durch die MVK werden die am Trägerstreifen eingebrachten Keramikhalbschalen mit einer Deckelschale verschlossen.
Dieses Anschmelzen der Deckelschale ist jedoch noch nicht hermetisch.
TVK (Temperofen zum Verschweißen der Keramikhalbschalen):
Im TVK erfolgt das abschließende Hermetisieren des Verbundes zwischen den Keramikhalbschalen.

In einem letzten Arbeitsschritt werden die Schaltkreise vom Trägerstreifen getrennt und die Anschlusskontakte umgebogen.
Nach einer abschließenden Funktionskontrolle der Schaltkreise ist der Herstellungsprozess abgeschlossen.

Letzte Änderung dieser Seite: 24.11.2011

Herkunft: www.robotrontechnik.de