Ziel der Entwicklung
Im Bereich der Mikrosensorik und Sensortechnik schreitet die Miniaturisierung, ebenso wie in der CMOS-Technologie voran. Für die Weiterentwicklung bestehender Sensoren und Entwicklung neuartiger Mikrosensoren sind flache pn-Übergänge unabdingbar. Zielstellung dieses Projektes war die Untersuchung der Herstellung von flachen pn-Übergängen durch Diffusion sowie dessen elektrischen Eigenschaften. Die Lage des pn-Überganges sollte in einer Tiefe kleiner einem Mikrometer, besser im Bereich von 500 nm sein.
Vorteile und Lösungen
Ausgehend von der Untersuchung von technologischen Möglichkeiten zur Herstellung flacher pn-Übergänge zum Einsatz in Sensorstrukturen auf dünnen Membranen wurde die Herstellung mittels Diffusion aus einer polykristallinen Siliziumschicht analysiert. Die Erzeugung dieser pn-Übergange mittels Standardprozessen ist sehr anspruchsvoll. Untersuchungen zeigen, dass bezüglich der Sensor-Anforderungen an eine sehr hohe Langzeitstabilität auf eine Flächenimplantation nicht verzichtet werden sollte, was im Gegensatz zum Vorteil der ausdiffundierten Widerstände steht. Alternativ wurde, basierend auf dem Know-how des CiS Forschungsinstitutes, ebenfalls die Herstellung flacher pn-Übergänge mittels Ionenimplantation und anschließender thermischer Behandlung untersucht. Für pn-Übergänge mit einer Tiefe von 500 bis 1000 nm eignet sich die Ionenimplantation mit Hochtemperatur-Temperung. Dies lässt zudem genügend Raum zur Variation der elektrischen Parameter in Bezug auf den gewünschten Flächenwiderstand der aktiven Widerstandsbahnen und dessen Temperaturkoeffizienten. Für pn-Übergänge mit einer Tiefe unterhalb von 500 nm kommt nur noch die RTA-Behandlung in Frage. Die Einstellung des Flächenwiderstandes erfolgt durch Anpassung der Implantationsdosis. Aufgrund der technisch bedingt geringen Diffusion lässt sich der Temperaturkoeffizient einer piezoresistiven Widerstandsbahn nur noch bedingt beeinflussen beziehungsweise vorwiegend durch die Dosis einstellen. Die erfolgten Untersuchungen zeigten, dass der Einfluss der End-of-Range-Defekte bei erfolgter Mittelstromimplantation in den aktiven Bereichen der Sensorstrukturen für die Funktion der Sensoren nicht kritisch ist. Defekte traten im Allgemeinen in den hochimplantierten Zuleitungsgebieten auf. Die gewonnenen Daten erweitern die Simulationsmodelle um wichtige zusätzliche Datenpunkte zur Optimierung der Vorhersagegenauigkeit.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Herstellung flacher pn-Übergänge kann zu einer weiteren Miniaturisierung der Sensoren beitragen, die beispielsweise in der Druckmesstechnik und bei Kraft-beziehungsweise Dehnungsmessungen eingesetzt werden. Auf Basis der gewonnen Erkenntnisse konnten Steuerkurven ermittelt und die Simulationsmodelle verfeinert werden. Durch das Know-how kann effektivere und zielgenauere Entwicklung von Sensoren erfolgen.
