Entwicklung eines Back-End-Prozesses für eine vollständig CMOS-kompatible Integration nanoskaliger Drucksensoren

Abstract

Bedingt durch die stetige Nachfrage einer immerwährenden Miniaturisierung von mikro-mechanischen Systemen muss der zur Integration erforderliche Platz eines solchen Systems weiter reduziert werden. Ein bekannter Ansatz hierfür ist der sogenannte System-On-a-Chip Ansatz, bei dem alle Elemente des Systems monolithisch integriert werden. Hierbei wird die erforderliche Substratfläche zweidimensional optimal ausgenutzt, während die dritte Dimension oftmals unberücksichtigt bleibt. Dies trifft insbesondere auf die mikromechanischen Systeme wie beispielsweise Drucksensoren zu. Hier werden das elektro-mechanische Wandlerelement und die Auswertungselektronik nebeneinander auf einem Substrat integriert. Im Rahmen der Arbeit wird ein CMOS-kompatibler Back-End-Prozess vorgestellt, welcher die Ausnutzung aller drei Raumrichtungen im Sinne von System-On-Top zur Herstellung von Drucksensoren ermöglicht. Der Kerngedanke ist hierbei das Sensorelement oberhalb einer bereits integrierten und passivierten Auswerteelektronik zu integrieren. Hierbei ist es unabdingbar eine maximale Prozesstemperatur von 450°C nicht zu überschreiten, da ansonsten mit irreversiblen Schäden der zuvor integrierten Schaltung zu rechnen ist. Im Vordergrund dieser Arbeit stehen somit sowohl die rechnergestützte Optimierung der geometrischen Abmessungen des Sensorelementes insbesondere der drucksensitiven Membran und der Wandlerelemente als auch die technologische Realisierung des Gesamtprozesses im Niedertemperaturverfahren.