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8.1 Einführung

Bei der Halbleiterfertigung, d. h. der Produktion integrierter elektronischer Schaltkreise, basieren viele wichtige Verfahrensschritte auf der Vakuumtechnologie. Für den Einsatz der Vakuumtechnologie bei der Siliciumverarbeitung gibt es mehrere Gründe:

  • Vakuum ermöglicht kontrollierte Bedingungen, da es die umgebende Atmosphäre von den Siliciumwafern fernhält, insbesondere reaktive Gase und Staub.
  • Vakuum ermöglicht das anisotrope Ätzen von Silicium und Siliciumoxid, d. h. die grundlegenden Verfahrensschritte bei der Strukturierung der Oberfläche eines Siliciumwafers.
  • Mehrere vakuumbasierte Prozesse ermöglichen das Aufbringen dünner Schichten auf Siliciumwafer mit kontrollierbaren Eigenschaften, sowohl isolierend, als auch leitfähig.

Die Entwicklung integrierter Schaltkreise aus festem Silicium weist aufgrund der wachsenden Anzahl integrierter Komponenten pro Einheit sowie der Verkleinerung der Leiterbahnen eine stetige Leistungssteigerung auf. Im Laufe dieser Entwicklung hat sich die Leistung der Schaltkreise seit den sechziger Jahren des vorigen Jahrhunderts etwa alle zwei Jahre verdoppelt, eine Entwicklung, die von Gordon E. Moore vorausgesagt wurde und als Mooresches Gesetz bekannt ist [31]. Erreicht wurde dies durch eine Reduzierung der kleinsten Strukturen integrierter Schaltkreise wie Mikroprozessoren und Random Access Memory von etwa 10 µm im Jahr 1970 auf unter 0,1 µm nach der Jahrtausendwende. In dieser Zeit wuchs die Größe der Siliciumwafer von einem Durchmesser von 1 Zoll auf 300 mm (~12 Zoll), um den Durchsatz zu verbessern und die Kosten zu senken.

Mooresches Gesetz (dokumentiert durch die Anzahl an Transistoren in Intel-Mikroprozessoren)

Abbildung 8.1: Mooresches Gesetz (dokumentiert durch die Anzahl an Transistoren in Intel-Mikroprozessoren)

Mit der Einführung der 300-mm-Technologie nahmen die sogenannten kritischen Abmessungen ab von 150 nm auf 22 nm zum Zeitpunkt, als dieser Text verfasst wurde (2012). Mit der Wafergröße von 300 mm änderte sich die Produktionstechnologie von offenen Kassetten (Abbildung 8.2 a) zu einer abgeschlossenen Miniumgebung, d. h., die Wafer werden innerhalb der Produktionsstätte in geschlossenen Behältern, sogenannten Transportboxen (FOUP = Front Opening Unified Pod, Abbildung 8.2, b) von einer Prozessvorrichtung zu einer anderen gebracht.

Wafer-Handling mittels Kassette (a) und FOUP (b)

Abbildung 8.2: Wafer-Handling mittels Kassette (a) und FOUP (b)