Glossar

3D-Integration unterteilt sich in zwei Hauptkategorien: das 3D-Packaging und 3D-Interconnect. 3D-Packaging bezeichnet Bauteile, die auf Wafer-Level-Packaging-Ebene gestapelt werden, ohne durch sogenannte „Through-Silicon Vias“ (TSV) miteinander verbunden zu sein. Unter 3D-Packaging werden Technologien wie SOC (System-on-Chip) sowie weitere Verfahren subsummiert, bei denen die Verbindung üblicherweise auf Wire-Bonding („Drahtbonden“) basiert. Beim 3D-Interconnect sind die Bauteile hingegen durch „Through-Silicon Vias“ (TSVs) verbunden. Dabei handelt es sich um vertikale Durchkontaktierungen durch das in der Regel stark gedünnte massive Silizium.

Mit dem Begriff „Packaging“ wird die Technologie des „Verpackens“ von Mikrochips in Gehäuse bezeichnet. Dabei müssen alle Anschlusskontakte des Mikrochips einzeln auf die Außenseite des Gehäuses geführt werden, um dann die Verbindung zur Leiterplatte zu gewährleisten. Unter „Advanced Packaging“ versteht man weiterentwickelte Packaging-Verfahren, die in der Regel Methoden einsetzen, die bisher nur bei der Herstellung der Mikrochips selbst – also im sogenannten „Frontend“ der Chipfertigung – zur Anwendung kamen. Als Beispiel können hier Lithografie- und Fotoresist-Techniken genannt werden.

„Backend“ bezeichnet den zweiten (hinteren) Teil der Fertigungskette in der Mikrochipfertigung. Nachdem der Wafer sämtliche Prozessschritte zur Herstellung des eigentlichen Mikrochips durchlaufen hat (Frontend), beginnt der Backend-Prozess. Dort werden die Mikrochips auf dem Wafer getestet und gegebenenfalls für das Bonden vorbereitet. Danach werden die Wafer in die einzelnen Mikrochips zersägt und diese anschließend in Gehäuse „verpackt“. Aus Kostengründen findet der Backend-Prozess überwiegend in Asien statt, wo die Halbleiterhersteller eigene Backend-Werke betreiben oder Test und Packaging bei Drittfirmen (Foundries) durchführen lassen.

Bonden ist der Fachbegriff für das Verbinden von zwei oder mehreren Bauteilen oder Wafern mithilfe verschiedener chemischer und physikalischer Effekte. "Adhesives Bonden“ zum Beispiel erzielt die Verbindung durch Verkleben zweier Bauteile. Als Klebstoffe kommen meistens Epoxidharze oder Fotoresist zum Einsatz. Beim „Fusion Bond" oder „Direct Bond“ werden zwei Wafer direkt verbunden. Im ersten Schritt macht man sich dabei die schwachen atomaren Kräfte von Wassermolekülen in der Grenzschicht (van-der-Waals-Kräfte) zunutze. Durch ein anschließendes Ausheizen werden die Wassermoleküle aufgebrochen; die frei werdenden Sauerstoffatome verbinden sich mit Siliziumatomen des Wafers zu Siliziumoxid (kovalente Bindung). Das Ergebnis ist eine sehr feste, nicht lösbare Verbindung der beiden Wafer.

(Engl.: Unebenheit) Metallische (Lot, Gold oder Ähnliches), dreidimensionale Kontaktstelle auf einem Chip. Kann vereinfacht auch als Lotkügelchen auf einem einzelnen Anschlusskontakt eines Mikrochips bezeichnet werden.

Allgemeiner Begriff für Halbleiterbauelemente. In der Elektronik versteht man unter einem Chip oder Mikrochip den IC (Integrated Circuit), der in ein Gehäuse eingebettet ist. Von außen sieht man in der Regel nur das schwarze Gehäuse und die Anschlussstellen, mit denen der Chip mit der Leiterplatte verbunden wird (durch Wire- oder Flip-Chip-Bonding). Als Chip oder Mikrochip wird häufig aber auch nur das Stück Silizium bezeichnet, das im Gehäuse sitzt.

Siehe Verbindungshalbleiter.

„Die“, „IC“ (Integrated Circuit) und „Chip“ sind oft synonym verwendete Begriffe. „Die“ heißen die ICs, solange sie noch nicht in das Gehäuse integriert wurden. Während der Wafer also die einzelnen Prozessschritte durchläuft, spricht man von Dies. Erst nach dem Vereinzeln und Verpacken der Dies nennt man sie „Chips“.

Lichtempfindliches Material, das zunächst als Schicht auf den Wafer aufgetragen wird und dann mithilfe von UV-Licht durch eine Maske hindurch belichtet wird. An den belichteten Stellen werden durch das UV-Licht chemische Veränderungen erzeugt. Diese Teilbereiche werden während der Entwicklung aus der Schicht herausgelöst, sodass eine reliefartige Struktur im Fotoresist entsteht. Dieser Prozess ist dem in der Fotografie sehr ähnlich.

Frontend-Prozesse sind sämtliche Produktionsschritte, die der Wafer als Ganzes durchläuft. Hier wird der Chip an sich hergestellt. Daran schließt sich das Backend an. Dort werden die Mikrochips auf dem Wafer getestet, bevor der Wafer in die einzelnen Chips zersägt wird, die dann ein Gehäuse erhalten.

Ein kristalliner Werkstoff, dessen elektrischer Widerstand sich durch das Implantieren von Fremdatomen in das Kristallgitter verändern lässt. Silizium ist das wichtigste und am häufigsten vorkommende Halbleiterelement. Auch ICs aus diesem Werkstoff werden oft Halbleiter genannt.

Integrated Circuit. Ein integrierter Schaltkreis besteht aus elektronischen Bauelementen wie Transistoren, Widerständen und Kondensatoren, die auf engstem Raum auf einem Mikrochip integriert sind. Heute werden viele zehn Millionen solcher Zellen auf einem Chip integriert und miteinander verschaltet. Die hohe Integrationsdichte von Mikrochips hat zu einer enormen Leistungsfähigkeit der Chips geführt.

Light Emitting Diode. Leuchtdioden sind Halbleiterbauteile, die Licht erzeugen können. LEDs leuchten sehr hell und verbrauchen gleichzeitig sehr wenig Energie. Darüber hinaus haben sie eine mehr als zehnmal so hohe Lebensdauer wie eine normale Glühbirne.

Die elektrischen Schaltkreise der ICs werden durch Strukturierung einzelner Ebenen auf einem Siliziumwafer in einer Art Schichtenaufbau hergestellt. Um die sehr kleinen Strukturen in den einzelnen Schichten zu erzeugen, wird der Wafer mit einem lichtempfindlichen Material (Fotoresist) beschichtet und dann unter Verwendung einer Maske belichtet. Die Strukturen auf der Maske werden so mittels Schattenwurf auf den Wafer aufgebracht. An Stellen, an denen die Maske lichtundurchlässig ist, wird der Fotoresist auf dem Wafer nicht belichtet. An lichtdurchlässigen Stellen der Maske fällt Licht auf den Wafer und der Fotoresist wird belichtet. Während der Entwicklung im Anschluss an die Belichtung werden die Stellen des Fotoresist, die durch die transparenten Stellen der Maske belichtet wurden, aus der Schicht herausgelöst und der Wafer wird an diesen Stellen freigelegt.

Eine teiltransparente Platte aus Glas oder Quarzglas, auf der die Muster abgebildet sind, die zur Herstellung eines ICs benötigt werden. Die Muster bestehen aus durchsichtigen und undurchsichtigen Bereichen entsprechend der Größe und Form der gewünschten Schaltkreise.

Mask Aligner richten eine Glasmaske submikrometergenau zu einem Wafer aus. Das mikroskopische Bild auf der Glasmaske wird mittels Belichtung auf den belackten Wafer übertragen.

Micro Electro Mechanical System. MEMS ist der vor allem in Nordamerika verwendete Begriff für die Mikrosystemtechnik (MST, in Europa gebräuchlicher). Fertigungstechnologien und Prozesse der Halbleiterfertigung werden eingesetzt, um mechanische und andere nichtelektronische Elemente herzustellen. MEMS-Produkte werden beispielsweise in der Automobilindustrie, der Telekommunikation, der Optoelektronik und der Medizintechnik eingesetzt.

Metrisches Längenmaß. Symbol: µm. Ein Mikrometer ist ein Millionstelmeter. Zur Veranschaulichung: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt ca. 60 µm.

Ein mechanisches Verfahren, mit dem zwei- oder dreidimensionale Strukturen im Nanometerbereich mit einem Abformwerkzeug oder Stempel hergestellt werden. Im Gegensatz zur fotolithografischen Erzeugung von Schaltungen auf Halbleiter-Wafern werden die Strukturen durch „Stempeln“ in einem weichen Kunststoff vorgegeben. Man erhofft sich vom Nanoimprinten in der Zukunft einen Preisvorteil, weil die Fortsetzung der Fotolithografie in Richtung höchste Auflösung extrem kurze Wellenlängen der Lichtstrahlung (EUV, Röntgen) benötigen wird und das entsprechende Equipment unangemessen teuer zu werden droht.

Durch das gezielte Kombinieren von Technologien der Halbleiterelektronik mit sogenannten III-V-Materialien – ein Beispiel dafür ist Galliumarsenid – kann Licht erzeugt oder detektiert werden (Halbleiterlaser, LED, Fotodioden etc.). Diese Technologie wird hauptsächlich in der Telekommunikation für die Übertragung sehr großer Datenmengen (faseroptische Netze) eingesetzt. Allerdings finden LEDs wegen ihrer vielen Vorteile, etwa dem geringen Energiebedarf, der sehr hohen Helligkeit und der sehr langen Lebensdauer, zunehmend Verwendung im Automobilbau und im Haushalt.

Ein Bauteil zum Erfassen und Umwandeln von Messgrößen wie Temperatur, Druck oder Beschleunigung. Diese Größe wird in ein elektrisches Signal gewandelt und an eine Signalauswertungseinheit weitergegeben.

Werkstoff mit dem Aufbau eines Kristallgitters mit halbleitenden Eigenschaften. Halbleitend bedeutet, dass je nach Einbau von bestimmten Fremdatomen der Werkstoff als elektrischer Leiter oder als Nichtleiter verwendet werden kann. In der Halbleiterindustrie wird Silizium in Form von Scheiben eines Einkristalls als der wesentliche Grundstoff verwendet.

Belacker verteilen einen lichtempfindlichen Resist auf den Wafer. Der SUSS Spin Coater ist auf dicke Fotolacke spezialisiert, die auf die Wafer aufgetragen werden. Der Spray Coater besprüht ein Substrat und kann so auch dreidimensionale Strukturen gleichmäßig beschichten.

Der Substrat-Bonder verbindet zwei oder mehr äußerst präzise zueinander ausgerichtete Substrate, meist Wafer, durch Löten, Kleben oder andere physikalisch-chemische Verfahren miteinander. Viele MEMS-Bausteine benötigen diesen Prozessschritt. Erst dann können unsere Airbags, Reifendrucksensoren, GPS-Sensoren, Tintenstrahldrucker etc. funktionieren.

Bei der „Through-Silicon Via“-Technik werden die einzelnen Chipkomponenten übereinandergestapelt und mittels vertikaler Durchkontaktierungen („Through-Silicon Vias“) miteinander verbunden. Dadurch verkürzt sich der Weg des Datenstroms zwischen den einzelnen Chipkomponenten; so lassen sich Kapazitätsverluste wesentlich reduzieren. Through-Silicon Vias tragen somit zu einer Verringerung der Baugröße von Chips bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit bei.

Halbleiter, die sich aus mehreren Elementen zusammensetzen (Galliumarsenid, Indiumphosphid, Siliziumgermanium etc.). Ihre Vorteile gegenüber einfachen Element-Halbleitern: Verbindungshalbleiter sind besonders schnell und können auch bei sehr hohen Temperaturen arbeiten; trotzdem verbrauchen sie weniger Energie als einfache Siliziumchips.

Runde Scheiben, zum Beispiel aus Reinst-Silizium oder Verbindungshalbleitern (Galliumarsenid, Indiumphosphid etc.), auf denen Chips produziert werden. In den letzten zehn Jahren hat sich der Durchmesser von 150 über 200 auf heute sogar 300 Millimeter vergrößert. Auf die Grundfläche der neuesten 300-mm-Wafer passen doppelt so viele Chips wie auf einen 200-mm-Wafer – die Produktionskosten sind dadurch circa 30 Prozent niedriger.

Gängiges Kontaktverfahren, um Chips über Metalldrähte mit einem Gehäuse zu verbinden.